Создание паровой машины стало причиной значительного подъема в период промышленной революции семнадцатого века. Первые устройства способствовали стремительному развитию промышленности, пароходства и транспорта. Однако далеко не каждому известно, кто конкретно изобрел паровой двигатель. На самом деле энергию пара начали применять еще древние греки в начале нашей эры. Но впоследствии это изобретение претерпело много изменений.
Прототип машины в Александрии
Прообраз первой паровой машины создал египетский ученый Герон. Это произошло еще в 69 году нашей эры. В тот период Александрия считалась центром появления новых культов и религий.
Чтобы привлечь внимание к религии, греческие священники решились воспользоваться помощью ученого Герона. Публике требовалось чудо. Именно его попросили создать ученые. Во время работы Герон придумал «эолипил». Он получил название «Геронов шар» и стал первой паровой машиной в мире.
Устройство представляло собой закрытую тару с водой, которая нагревалась снизу посредством огня. На двух трубках над емкостью располагался шар с двумя патрубками. Они могли крутиться вокруг своей оси.
Пар, который поступал в трубки во время кипения воды, попадал в шар и вырывался из патрубков. Под влиянием силы пара возникала реактивная сила, которая раскручивала шар со скоростью 1500 оборотов в минуту.
Таким образом, ученый показал трансформацию тепловой энергии в механическую. Свои знания исследователь получал из книг, которые хранились в Великой Александрийской библиотеке. Но со временем его знание забыли.
Лишь в середине семнадцатого века труды Герона переиздали, и они снова приобрели популярность. Разработки исследователя начали применять в горнах при плавлении металла и стекла. Также их использовали в очагах и дымоходах.
Изобретение современных версий
По мере развития научного-технического прогресса мировой промышленности требовался мощный двигатель, который бы не зависел от природных сил. Исследователи многих стран работали над его созданием. Когда же появилась современная паровая машина? Это случилось в восемнадцатом веке.
Двигатель Севери
В 1698 году английский исследователь Томас Севери создал первый паровой насос без поршня, который был отделен от основной части устройства. Насос быстро нашел применение. Его стали использовать на пожарной установке.
Для этой разработки были характерны следующие минусы:
- паровая энергия была утрачена при охлаждении тары;
- в силу использования повышенного давления присутствовала угроза взрыва;
- затраты топлива были очень высоки;
- насос функционировал на глубине максимум 15 метров, хотя уже были шахты глубиной до 100 метров.
Несмотря на перечисленные минусы, устройство продолжало использоваться много лет, пока не была создана паровая установка Томаса Ньюкомена.
Аппарат Ньюкомена
В 1712 году английский ученый Ньюкомен разработал свою первую паровую машину. Он сделал это совместно с мастером по стеклам и водопроводам Джоном Калли. Это было первое устройство в мире, которое характеризовалось такими особенностями:
- сочетало вертикальный цилиндр с поршнем;
- пар создавался в отдельном котле;
- герметичность достигалась за счет кожи, которая обтягивала поршень.
Устройство Ньюкомена поднимало воду из копей посредством влияния атмосферного давления. Для машины были характерны достаточно крупные размеры. К тому же для ее работы требовалось много угля. Несмотря на такие минусы, устройство применялось в шахтах 50 лет. Это даже позволило открыть шахты, которые были заброшены в силу подтопления грунтовыми водами.
В 1722 году устройство Ньюкомена продемонстрировало свою эффективность во время откачивания воды из корабля в Кронштадте. Машине потребовалось на это всего 2 недели. Система на основе ветряной мельницы смогла бы сделать это только за 1 год.
Поскольку устройство было изготовлено на основе ранних вариантов, английский ученый не сумел получить на него патент. Конструкторы пытались использовать разработку для перемещения транспорта, но неудачно. Однако на этом история создания паровых машин не остановилась.
Изобретения Джеймса Уатта
Первым компактное и при этом мощное оборудование придумал ученый Джеймс Уатт. Его паровая машина стала первой в своем роде. Механик из университета Глазго в 1763 года начал чинить паровой агрегат ученого из Англии Ньюкомена. После ремонта он догадался, как можно уменьшить затраты топлива. Для этого требовалось держать цилиндр постоянно нагретым. Однако паровая машина не могла быть изготовлена до решения проблемы конденсации пара.
Решение появилось, когда механик шел возле прачечных и обратил внимание на пар, выходящий из-под крышек котлов. Он догадался, что пар представляет собой газ, которому необходимо двигаться в цилиндре с низким давлением.
Уатту удалось добиться герметичности в паровом цилиндре при помощи пеньковой веревки, пропитанной маслом. Это позволило ученому отказаться от атмосферного давления. Это стало важным прорывом в науке.
В 1769 году механик получил патент, в котором было написано, что температурные показатели двигателя и пара будут всегда равны. Однако дела изобретателя были не слишком хороши. Исследователь имел много долгов, потому ему пришлось заложить свой патент.
В 1722 году состоялось знакомство механика с богатым промышленником Мэтью Болтоном. Он выкупил патенты Уатта и возвратил их ученому. Изобретатель смог продолжить разработки при поддержке Болтона. В 1773 году устройство ученого прошло испытания и продемонстрировало прекрасную экономичность с точки зрения потребления угля. Спустя 1 год в Англии начали выпускать машины ученого.
В 1781 году исследователю удалось получить патент на свою следующую разработку – паровую машину, которая приводила в движение промышленные станки. Через некоторое время технологии начали использоваться для движения пароходов и поездов при помощи пара. Это стало настоящим переворотом в человеческой жизни.
Появление ПМ в России
Проект первой паровой машины в России придумал механик с Алтая Иван Ползунов. Это произошло в 1763 году. Его разработка представляла собой вакуумную двухцилиндровую машину, которая может приводить в действие воздуходувные меха на Барнаульском и Колывано-Воскресенском заводах.
Проект пришелся Екатерине II по душе. Она даже выделила Ползунову 400 рублей награды и присвоила чин капитана-поручика. Сооружение устройства поручили самому автору. Совместно с помощниками Ползунов создал агрегат в течение 1 года и 9 месяцев. Однако ученый скончался от чахотки, не дождавшись испытаний.
Тем не менее, помощники успешно провели испытания в 1766 году. Машину полностью автоматизировали и тут же ввели в эксплуатацию. Разработка полностью окупилась и стала источником прибыли. Однако со временем потребовался небольшой ремонт котла. Руководство завода не стало этим заниматься. Как следствие, великая разработка была заброшена и разобрана.
Принцип работы парового двигателя
В основе функционирования парового двигателя лежит горячий пар из кипящей воды, который нужен для движения поршней вперед и назад. После этого движение поршня применялось для вращения колес и привода машины. Для создания пара большая часть двигателей грела воду путем сжигания угля.
Где применяется изобретение
Паровой двигатель стал универсальной конструкцией, которая способствовала активному развитию научно-технического прогресса. До появления паровой энергии многие фабрики и мельницы функционировали на воде или ветре. Эти источники были ненадежными, поскольку реки могли засыхать или замерзать, а ветер дул не всегда.
Мощность пара давала возможность располагать фабрики в любых местах. К тому же он обеспечивал надежное питание. Но с течением времени паровой двигатель был во многом заменен электричеством и двигателем внутреннего сгорания.
Однако паровая энергия применяется в разных отраслях и сегодня. Множество современных электростанций использует пар, который выделяется при сжигании угля, для выработки электроэнергии.
Паровой двигатель стал важнейшим изобретением, которое оказало значительное влияние на развитие научно-технического прогресса. Эта конструкция сделала настоящий переворот в науке своего времени. При этом некоторые ее принципы применяются и сегодня.
Похожие записи:
Когда появился первый в мире робот и кто его изобрел – история создания
Кто и когда изобрел первый в мире телеграф – история создания
Кто и когда изобрел первый в мире автомобиль – история создания машины
Кто и когда изобрел первый мобильный телефон, история создания сотового
Кто открыл паровой двигатель?
Кто и когда изобрел железную дорогу, история создания первого в мире поезда
Кто и когда изобрел первые в мире весы – история создания
Когда и кто изобрел первое в мире зеркало – история создания