Век пара

Размещено на http://www.allbest.ru/

Камский институт искусств и дизайна

Реферат

Век пара

Выполнил:

Чайкова А.

студент группы 151 - Д

Проверил:

Хамадеев А.В.

г. Набережные Челны 2017 год

Введение

С древнейших времен люди нуждались в двигательной силе, или в двигателях, которые бы приводили в действие приспособления подачи воды на поля, вращали жернова, моловшие зерно, и т.д. В странах Древнего Востока, в Древнем Египте, Индии для этой цели использовали животных и рабов.

На смену живым двигателям пришло водяное колесо. В средние века водяные колеса приводили в действие прядильные и ткацкие станки.

В 17 в. Персы изобрели ветряную мельницу. С появлением таких мельниц началась история ветряных двигателей, использовавшихся для того, чтобы молоть зерно, качать воду.

Водяные колеса и ветряные двигатели вплоть до 17 в. Оставались единственными типами двигателей. В конце 17 в. Начале 18 в. во Франции, Англии, Швеции и других странах делались неоднократные попытки использовать энергию пара -- создать паровой двигатель.

Создание парового двигателя -- результат долгих размышлений, удач и крушений надежд множества учёных.

1. Начало пути

Первые, единичные проекты были лишь интересными диковинками. Например, Архимед сконструировал паровую пушку, Герон Александрийский использовал энергию пара для открывания дверей античных храмов. А заметки о практическом применении энергии пара для приведения в действие иных механизмов исследователи находят в трудах Леонардо да Винчи.

Рассмотрим наиболее значительные проекты по этой тематике.

В XVI веке арабский инженер Таги аль Дин разработал проект примитивной паровой турбины. Однако практического применения она не получила из-за сильного рассеяния струи пара, подаваемой на лопасти колеса турбины.

Перенесемся в средневековую Францию. Физик и талантливый изобретатель Дени Папен после многих неудачных проектов останавливается на следующей конструкции: вертикальный цилиндр заполняли водой, над которой устанавливали поршень.

Цилиндр нагревали, вода закипала и испарялась. Расширяющийся пар приподнимал поршень. Его закрепляли в верхней точке подъёма и ожидали остывания цилиндра и конденсации пара. После конденсации пара в цилиндре образовывался вакуум. Освобожденный от крепления поршень под действием атмосферного давления устремлялся в вакуум. Именно это падение поршня предполагалось использовать как рабочий ход.

Потому паровой двигатель Папена как и большинство последующих проектов получили название пароатмосферных машин.

Эта конструкция обладала весьма существенным недостатком -- не была предусмотрена повторяемость цикла. Дени приходит к идее получать пар не в цилиндре, а отдельно в паровом котле.

В историю создания паровых двигателей Дени Папен вошел как изобретатель весьма важной детали -- парового котла.

А поскольку пар стали получать вне цилиндра, сам двигатель перешел в разряд двигателей внешнего сгорания. Но из-за отсутствия распределительного механизма, обеспечивающего бесперебойную работу, эти проекты почти не нашли практического применения.

2. Создание двигателя

Первым механическим двигателем, нашедшим практическое применение, была паровая машина. Вначале она предназначалась для использования в заводском производстве, но позднее паровой двигатель стали устанавливать на самодвижущихся машинах - паровозах, пароходах, автомобилях и тракторах.

Вплоть до второй половины XVIII века люди использовали для нужд производства в основном водяные двигатели. Постепенно стала остро ощущаться нужда в принципиально новом двигателе: мощном, дешевом, автономном и легкоуправляемом. Именно таким двигателем на целое столетие стала для человека паровая машина.

Идея парового двигателя была отчасти подсказана его изобретателям конструкцией поршневого водяного насоса, который был известен еще во времена античности. Принцип его работы был очень прост: при подъеме поршня вверх вода засасывалась в цилиндр через клапан в его дне.

Боковой клапан, соединявший цилиндр с водоподъемной трубой, в это время был закрыт, так как вода из трубы также стремилась войти внутрь цилиндра и тем самым закрывала этот клапан. При опускании поршня он начинал давить на воду в цилиндре, благодаря чему закрывался нижний клапан и открывался боковой. В это время вода из цилиндра подавалась вверх по водоподъемной трубе. В поршневом насосе работа, получаемая извне, расходовалась на продвижение жидкости через цилиндр насоса.

Лишь на рубеже 17-18 веков удалось найти способ производить полезную работу с помощью пара. Пар приводил в действие насос, качавший воду в резервуар. Вытекая из резервуара и падая на водяное колесо, вода заставляла его вращаться. Водяное колесо, в свою очередь, приводило в движение заводские механизмы и машины. Таким образом, и после изобретения парового насоса непосредственным двигателем рабочих машин оставалось водяное колесо. Прошло еще немало времени, прежде чем пытливый человеческий ум создал надежный двигатель, способный непосредственно приводить в действие разнообразные машины и механизмы. Прошло более чем два столетия, прежде чем появился двигатель, ставший одной из предпосылок появления нового вида боевых машин - танков.

Первая попытка поставить пар на службу человеку была предпринята в Англии в 1698 году: машина Сэйвери предназначалась для осушения шахт и перекачивания воды. Сам изобретатель назвал ее "огневой машиной" и широко разрекламировал как "друга шахтеров". Для получения пара, приводившего машину в действие, требовался огонь, но изобретение Сэйвери еще не было двигателем в полном смысле этого слова, поскольку кроме нескольких клапанов, открывавшихся и закрывавшихся вручную, в нем не имелось подвижных частей.

Мысль о применении пара для нужд транспорта возникла еще в XVII в. Вначале пытались приспособить паровые двигатели к обыкновенным повозкам или телегам. Паровые повозки были рассчитаны на движение по прямой дороге без рельсов.

В 1763 г. французский инженер Коньо построил первую паровую повозку. Эта машина работала всего 12-15 минут. В 1769 г. (или в 1770) Коньо построил более совершенную повозку, но, когда ее пустили по улицам Парижа, оказалось, что ею невозможно управлять.

В 1787 г. американец Эванс изобрел еще одну паровую повозку, однако столь несовершенную, что она не могла применяться на практике.

В конце 80-х годов XVIII в. Уильям Мердок, ученик и помощник Джемса Уатта, создал паровую повозку с двигателем конструкции своего учителя. Он построил ряд интересных моделей паровых повозок, но сделать практически пригодную транспортную машину ему также не удалось.

Вообще до конца XVIII в. попытки использовать силу пара для целей передвижения не увенчались успехом. И дело было не только в том, что в то время технически было нельзя решить эту проблему. Внедрению пара на транспорт очень мешало косное, предвзятое отношение большей части едва вышедшего из недр феодализма общества к самой идее искусственно увеличить скорость передвижения человека. С точки зрения церковной морали это казалось «греховным». Изобретатели пытались внести некоторые «улучшения» и «исправления» в «божественный промысел», который определил человеку ходить на двух ногах или, в крайнем случае, прибегать к услугам лошадей. Всякий другой способ передвижения рассматривался церковниками как «нечестивая попытка улучшить творение творца». Люди, занимавшиеся таким предосудительным делом, объявлялись пособниками дьявола. Если учесть, что церковь пользовалась огромным влиянием в Англии и до известной степени формировала общественное мнение, то станет ясно, что техникам и механикам, посягавшим вместе с «врагом рода человеческого» на «божественное установление», приходилось очень тяжело в «благочестивом» английском обществе конца XVIII в.

Уильям Мердок претерпел немало гонений от своих сограждан. Он построил небольшую трехколесную тележку и однажды ночью испытывал ее на одной из малопроезжих дорог близ города. Когда вода в котле паровой машины закипела, тележка неожиданно для изобретателя одна понеслась по дороге, причем развила такую скорость, что изобретатель был не в состоянии ее догнать. В это время по улице проходил местный священник. Увидев несущийся навстречу ему светящийся и свистящий предмет, священник вообразил, что видит перед собой самого дьявола. Он поднял крик, на который сбежался народ. Подошедший изобретатель пытался разъяснить тайну своего «черта», но никто его не слушал.

Тележку немедленно разломали, а создатель ее едва спасся бегством от разъяренной толпы. С этих пор за Мердоком прочно укрепилась репутация человека, знающегося с нечистой силой. Всякий богобоязненный невежда считал своим долгом из всех сил вредить Мердоку. Не раз сограждане ломали его модели машин, мешали проводить опыты, восстанавливали против него друзей, отпугивали от изобретателя почти всех знакомых. Подобная же судьба постигла и других изобретателей.

Однако развивающееся капиталистическое производство настойчиво требовало реконструкции транспортных средств. В начале XIX в. во многих странах велись работы над усовершенствованием так называемой паровой телеги, иначе говоря, над созданием парового автомобиля.

Интересные опыты провел чешский механик Иосиф Божек (1782-1832). В 1815 г. он построил паровую тележку, которая была с успехом испытана. Но попытки повторить в 1817 г. опыты с более мощной машиной не дали удовлетворительных результатов. Следует отметить, что вообще проблема создания парового автомобиля так и не была решена. Автомобиль был создан только на базе двигателя внутреннего сгорания.

Многие изобретатели в эту эпоху пытались построить локомотив, двигающийся по рельсам. Особенно большое значение для создания железнодорожного транспорта имели работы шотландского инженера и механика Ричарда Тревитика (1771--1833), который первым пришел к идее применения паровых локомотивов на специально устроенных рельсовых путях. В 1803 г. Тревитик сконструировал паровоз для рельсового пути, а в феврале 1804 г. провел первое его испытание.

Это важное событие в истории транспортной техники описывалось в одной английской газете: «Позавчера состоялось долго ожидавшееся испытание новоизобретенной паровой машины мистера Тревитика… Испытание превзошло, к всеобщему изумлению, все, что ожидали от него наиболее ярые сторонники. В данном случае… машина была употреблена для перевозки до 10 тонн полосового железа на расстояние свыше 9 миль; необходимо при этом отметить, что тяжесть груза быстро возросла с 10 до 15 тонн благодаря не менее 70 человекам, взобравшимся на повозки. Подталкиваемые непобедимым любопытством, они жаждали прокатиться, пользуясь первым успехом талантов изобретателя… Машина совершила свое путешествие без пополнения котла водой и свободно передвигалась со скоростью 5 миль в час...».

3. Схема паровоза Д. Стефеясона «Ракета»

Свой первый паровоз Стефенсон назвал «Блюхер», в честь победителя Наполеона при Ватерлоо. «Блюхер» повторял в своей конструкции многие черты паровозов предыдущих изобретателей. Первый паровоз Стефенсона был очень тяжел, медленно двигался, работал малопроизводительно, но непрерывно (в других паровозах происходили постоянные остановки работы). В дальнейшем Стефенсон продолжал работу над совершенствованием конструкции своего паровоза. До 1825 г. он построил около 16 различных паровозов, упорно добиваясь наиболее приемлемой конструкции. Много внимания Стефенсон уделял совершенствованию рельсового пути.

До 1825 г. паровозы использовались главным образом на маленьких частных дорогах, обычно обслуживающих нужды рудников или фабричных предприятий. Появление более совершенных конструкций паровозов стимулировало строительство новых железнодорожных линий. В 1818 г. была построена железнодорожная линия протяженностью 61 км между городами Стоктоном и Дарлингтом, предназначенная для перевозки угля. В 1825 г. Стоктон-Дарлингтонская линия была открыта для публики. На современников это произвело колоссальное впечатление.

«Сцена, имевшая место утром 27 сентября 1825 г., не поддается никакому описанию, -- писал впоследствии один из директоров этой дороги. -- Многие, принимавшие участие в этом историческом событии, всю ночь не смыкали глаз и были на ногах. Всеобщая бодрость и веселость, счастливые лица многих, изумление и испуг на лицах других разнообразили картину.

В назначенный час процессия тронулась. Во главе поезда следовал паровоз, управляемый строителем его -- Стефенсоном; за паровозом следовали 6 вагонов с углем и мукой; вслед за ними -- вагон с директорами и владельцами дороги; затем 20 угольных вагонов, приспособленных для пассажиров и наполненных ими, и, наконец, 6 вагонов, нагруженных углем… По обеим сторонам пути стояла большая толпа народа; многие бежали за поездом; другие верхом на лошадях следовали за ним по сторонам пути. Последний имел небольшой уклон к Дарлингтону, и в этом месте Стефенсон решил испытать скорость поезда… Он увеличил скорость хода до 15 миль в час. Когда поезд прибыл в Дарлингтон, оказалось, что в вагонах было 450 пассажиров и что вес поезда был 90 тонн».

Схема паровоза Д. Стефеясона «Ракета»

4. Модель первого паровоза Е.А. и М.Е. Черепановых

Новая железная дорога быстро показала преимущества нового вида транспорта перед старыми способами передвижения. Популярность железнодорожного транспорта в Англии росла. Многочисленные изобретатели работали над созданием и совершенствованием новых видов локомотивов. В 1829 г. был объявлен конкурс на создание лучшего паровоза. Стефенсон представил на конкурс свой новый паровоз -- знаменитую «Ракету». «Ракета» имела машину мощностью в 13 л. с. На конкурсе производились испытания всех типов локомотивов. «Бой паровозов», как называли этот конкурс, закончился победой «Ракеты», которая свободно тянула поезд весом в 17 т со скоростью до 21 км в час. Скорость паровоза с одним пассажирским вагоном и 36 пассажирами составила 38 км в час.

«Ракета» была наиболее совершенным локомотивом того времени. Изобретатель приспособил к паровозу только что появившийся тогда трубчатый котел, который дал возможность значительно увеличить скорость локомотива. «Ракета» была построена с учетом всех достижений паровозостроения своего времени. Она явилась как бы итогом начального периода развития паровоза.

В 1830 г. в Англии для пассажирского движения была открыта железная дорога между Ливерпулем и Манчестером протяженностью в 45 км. В этом же году в США была построена первая железнодорожная линия Чарльстон -- Огеста длиною в 64; км. В 1832 г. была построена первая железная дорога во Франции, в 1835 г.- в Бельгии и Германии, а в 1837 г.- в России и Австрии.

Первый паровоз в России был построен на Нижне-Тагильском заводе на Урале в августе 1834 г. замечательными русскими механиками, крепостными Ефимом Алексеевичем Черепановым (1774-1842) и его сыном Мироном Ефимовичем Черепановым (1803-1849). Паровоз Черепановых возил состав весом в 3,3 т со скоростью от 13 до 16 км в час. Для увеличения парообразования Черепановы установили на паровозе дымогарный котел с большим количеством трубок, чем в паровозе Стефенсона, а также применили специальный механизм обратного хода. Вслед за первым паровозом Черепановы в 1835 г. построили второй, более мощный паровоз. «Горный журнал» в июле 1835 г. писал, что второй паровоз Черепановых «может возить за собой до 1000 пудов груза».

Однако замечательные машины Черепановых не были использованы для развития железнодорожного транспорта в нашей стране. Судьба их была подобна судьбе паровой машины Ползунова. В 1834 г., т. е. как раз в то время, когда Черепановы строили свои паровозы, в Россию приехал австрийский профессор Герстнер. Герстнер сумел добиться от царя привилегии на строительство железной дороги между Петербургом и Царским Селом протяженностью в 27 км. Эта железная дорога была открыта в 1837 г. Несмотря на отечественный опыт паровозостроения, царское правительство предпочитало выписывать паровозы из Англии, отказавшись от использования локомотивов, созданных Черепановыми.

В 1851 г. в России была сооружена двухколейная Петербургско-Московская железная дорога.

К середине XIX в. темпы сооружения железных дорог общего пользования с паровой тягой все более и более возрастают. С 1840 по 1870 г., т. е. за 30 лет, протяженность железных дорог во всем мире увеличилась в 14 раз. Явившись результатом промышленной революции, железные дороги стимулировали рост важнейших отраслей производства. Возникла новая отрасль машиностроения -- транспортное машиностроение. Под воздействием все увеличивающегося спроса железных дорог стали быстро развиваться металлургическая и угольная промышленность.

Модель первого паровоза Е.А. и М.Е. Черепановых

Заключение

По данной работе можно сделать ряд выводов, связанных с каждым этапом развития паровых двигателей и с каждым изобретателем.

Таким образом, можно заключить, что паровые машины имеют ряд преимуществ перед двигателями внутреннего сгорания. В современных условиях, когда истощаются запасы нефти, актуальность вопроса об использовании паровых машин начинает расти. В будущем, по-видимому, паровые машины будут массово использоваться не только на электростанциях, но и в других областях, и их применение позволит избежать топливного кризиса.

паровой двигатель поршневой насос

Размещено на Allbest.ru