Паровой двигатель: история изобретения

РЕФЕРАТ ПО ФИЗИКЕ

ТЕМА:

ПАРОВОЙ ДВИГАТЕЛЬ

Работу выполнил: Кривоносов Олег

ученик 10 класса

Самара 1999 год.

ПОДВИГ ИВАНА ПОЛЗУНОВА

Есть изобретения, которые стоят на рубеже двух эпох развития техники. И через десятилетия, а за частую даже через столетия, ещё острее ощущается вся значимость этих изобретений.

Перед нами встаёт величественный образ алтайского механика Ивана Ползунова.

Представьте себе мир, в котором машины приводятся в действие мускульной силой или силой водяных колёс и ветряных мельниц, покорных любым капризам природы.

Таким был мир техники до создания парового двигателя.

И представьте себе заводы с дымящимися трубами, паровые машины и турбины, паровозы и пароходы - весь сложный и могучий мир паротехники.

Универсальный тепловой поршневой двигатель создал русский изобретатель Ползунов.

Сын солдата, Иван Иванович Ползунов родился, как предполагают в Екатеринбурге в 1729 году. Учился он в заводской школе, а потом работал в звании «механического ученика» с жалованием рубль в месяц. В 1747 году Ползунова направили на Колывано - Воскресенские заводы на Алтай, чтобы он «впредь при горных, плавильных и пробирных делах мог быть...».

Ползунов долго работал на Колывано - Воскресенских заводах, где развернулась его многосторонняя деятельность.

Понимая нужды производства, Ползунов задумал «пресечь водяное руководство». Чтобы осуществить свой новаторский замысел, он решил создать «огненную машину», которая была бы, как писал Ползунов, «способной по воле нашей, что будет потребно исправлять».

Машина эта, в отличии от всякого рода паровых насосов, находивших себе применение только при откачки воды, должна была обеспечить непрерывное действие и могла быть использована для любых работ.

Месяцы кропотливейших расчётов, бессонный ночи, проведенные над чертежами, многочисленные схемы и опыты - и, наконец, грандиозная задача решена! В 1763 году подал начальнику Колывано - Воскресенских заводов проект паровой машины. Сделанная по этому проекту модель машина хранится сейчас в Барнаульском горном музее.

В Петербурге статский советник Шлаттера, которому было поручено рассмотреть проект Ползунова, не мог не признать, что «...сей его вымысл за новое изобретение почесть должно».

Получив ряд замечаний Шлаттера, как мы теперь знаем, в основном ухудшавших паровою машину, Ползунов приступил к её постройке.

Новый двигатель, в противовес громоздким деревянным водяным колёсам, должен целиком состоять из металла. Зная всю сложность предстоящей работы, Ползунов мечтал построить машину сначала «малым корпусом», то есть малого масштаба. Однако начальство приказало, чтобы он сразу же возводил крупную заводскую установку.

И вот без всякой помощи, лишь с двумя юношами - учениками да несколькими чернорабочими, Ползунов начал постройку огромной, высотой с трёхэтажный дом, рабочий машины для обслуживания воздуходувки на десять плавильных печей.

Подробные рабочие чертежи и исторические документы говорят нам об устройстве и работе этой паровой машины.

Вода разогревалась в котле, склёпанном из медных листов. Пар поступал через специальные распределительные устройства в два вертикальных трёхметровых цилиндра, поршни которых действовали на коромысла. Эти коромысла были связаны с мехами для поддува рудоплавильных печей, а так же с водяными насосами - распределителями и другим дополнительным оборудованием, необходимом для питания котла и для поддержания непрерывного действия машины.

Великий механик добился того, все детали его машины постоянно «сами себя в движении держали».

При постройке машины Ползунова проявил себя также и выдающимся теплотехником. Об этом говорит искусно придуманное автоматическое снабжение котла подогретой водой.

К маю 1766 года строительство в основном было закончено. Но 27 мая, за несколько до пуска машины, который состоялся в августе, её гениальный создатель умер, надорванный непосильным трудом и нуждою.

Машина начала работать уже без него. В течении 43 дней она исправно обслуживала дутьём рудоплавильные печи и не только полностью оправдала свою стоимость (7200 рублей), но и дала свыше 12000 рублей прибыли.

Однако отсутствие опыта у преемников гениального изобретателя не замедлило сказаться. Полуграмотное начальство при устранении возникавших, естественно, неисправностей новой машины вводило свои кустарные «новшества». Так, чтобы уменьшить зазоры между поршнями и цилиндрами, поршни обернули берестой, в результате чего «бересто весьма ожесточилось, в логоватые места вода проходить чрезвычайно начала». Машина проработала, пока не стала из-за течи котла. Равнодушное к технической мысли начальство не позаботилось о починке машины. Её забросили!..

По предписанию управителей алтайских заводов Ирмана и Миллера, ползуновская машина была уничтожена. Это они издали в 1779 году чудовищный указ: «...огнедействующую махину... разобрать; находящуюся при оной фабрику разломать и лес употребить на что годен будет». Это они расхитили ползуновский двигатель, оставив на месте его развалины, сохранившие народное название «Ползуновское пепелище».

Но память о Ползунове не могла быть вытравлена из сердца русских людей. Имя его должно быть поставлено рядом с именем известного английского изобретателя паровой машины Джемса Уатта, открывшего широкую дорогу её промышленному применению.

Спустя десятки лет после смерти Ползунова старожилы - алтайцы передавали предание о человеке, постигшем тайну огненной силы и стремившемся с помощью могучей машины облегчить труд своих соотечественников.

Советские исследователи восстановили иторическую правду о Ползунове.

***

В наши дни паровые машины широко применяются на паровозах и в отдельных промышленных установках. Однако на крупнейших фабриках энергии - на тепловых электрических станциях, мощность которых составляет многие тысячи киловатт, - в качестве двигателей применяются не поршневые паровые машины, а паровые турбины.

В паровой турбине используется энергия струи пара, который действует не на поршень, заставляя его двигаться взад и вперед, а на лопатки, вращающие вал двигателя.

Вырываясь с огромной скоростью, достигающей скорости распространения звука (свыше 300 метров в секунду), струя пара проходит между чередующимися рядами вращающихся и неподвижных лопаток такой турбины.

Подвижные лопатки укреплены на дисках, насажанных на вал турбины.

Обтекание лопаток стремительной струей пара заставляет вращаться диск и соответственно вал турбины.

Неподвижные лопатки, укрепленные на кожухе турбины, направляют струю пара от одного ряда подвижных дисковых лопаток к другому. Таким образом, пар, проходя через турбину, отдает свою энергию на вращение вала турбины. В современных паровых турбинах, совершая много тысяч оборотов в минуту, вал вращается с исключительной плавностью. Этого не может обеспечить никакая обычная паровая машина, в которой возвратно-поступательное движение поршней преобразуется во вращение маховика.

Изобретение паровой турбины явилось событием исключительной важности. Оно дало новое, чрезвычайно плодотворное направление развитию техники использования пара.

И действительно, если требовалось увеличить мощность паровой машины, увеличивали ее размеры.

В некоторых случаях паровые машины достигали непомерной величины. А паровая турбина той же мощности была во много раз меньше.

Быстроходность паровой турбины позволяла сочетать ее с электрическими генераторами, которые при высоких скоростях вращения можно было строить относительно не больших размеров.

Идея создания паровой турбины увлекла многих русских изобретателей.

На Алтае, явившемся колыбелью ползуновского парового двигателя, на Сузунском заводе в начале прошлого века работал замечательный «огневых дел» мастер Поликарп Михайлович Залесов.

На протяжении ряда лет он, занимаясь паровыми машинами и исследуя работу пара, пришел к мысли построить паровой двигатель иного типа.

С 1806 по 1813 год Залесов соорудил не одну модель паровой турбины на заводе, где он работал.

Материалы, хранящиеся в алтайских архивах, убедительно подтверждают успех талантливого русского мастера, имя которого, как и десятки имен других талантливейших русских изобретателей, было длительное время предано забвению.

Строителем турбин был и другой изобретатель, Павел Дмитриевич Кузьминский (1849 - 1900).

Работая в области судостроения и воздухоплавания, П. Д. Кузьминский пришел к выводу о нецелесообразности использования паровой машины поршневого типа в качестве судового двигателя.

Он писал: «Существующий тип паровых машин, при которых нет возможности получать такие огромные скорости вращения движителя...должен отойти... На место него явится тип быстро вращающихся турбинных двигателей».

В начале девяностых годов Кузьминский построил и опробовал судовую паровую турбину своей конструкции.

Она имела исключительно малый удельный вес - всего лишь 15 килограммов на лошадиную силу мощности.

Кузьминский прекрасно понимал всю трудность технического творчества в условиях, когда отечественные открытия предавались забвению.

С волнением писал он о новых временах, которые должны наступить, о временах «...когда открытия и изобретения русского творческого ума и настойчивого труда» будут находить достойное применение.

Основные задачи турбостроении в раннем периоде развития этой техники успешно решали шведский инженер Лаваль и английский изобретатель Парсонс; с их именами связывается создание паровой турбины.