Parní stroj T. Newcomen.

V roce 1705 získal mechanik Thomas Newcomen patent na svůj vynález. tepelný motor. Parní čerpadlo Newcomen se začalo používat v Anglii pro čerpání vody z dolů. Jeho hlavní částí byl píst vyvážený zátěží a pohybující se ve velkém svislém válci (2). Tlak páry přiváděné do válce z kotle (1) zvedl píst. Vstřikování studené vody ze zásobníku (5) usadilo páru a vytvořilo vakuum ve válci. Atmosférický tlak stlačil píst dolů. Chladicí voda a kondenzovaná pára byly z válce odváděny potrubím (6) a přebytečná pára z kotle pojistným ventilem (7).

Poté byl motor opět připraven k dalšímu vstřikování páry. Hlavní nevýhodou Newcomenova stroje bylo, že pracovní válec v něm byl zároveň kondenzátorem.

Kvůli tomu musel střídavě pak ochlaďte, pak válec zahřejte a spotřeba paliva se ukázala být velmi vysoká.

Newcomenův stroj byl objemný, pomalý a přerušovaný.
Následující vynálezci provedli mnoho vylepšení čerpadla Newcomen. Ale Kruhový diagram Newcomenův stroj zůstal nezměněn 50 let.

Parní stroj od Jamese Watta.

V roce 1765 vytváří anglický mechanik James Watt Parní motor. V letech 1763-1764 musel opravit vzorek Newcomenova stroje patřícího univerzitě. Watt vyrobil jeho malý model a začal studovat jeho fungování. Wattovi bylo okamžitě jasné, že pro hospodárnější provoz motoru je účelnější udržovat válec neustále zahřívaný. V roce 1768 byl na základě tohoto modelu postaven Wattův velký stroj na dole horníka Rebuka, na jehož vynález získal v roce 1769 svůj první patent.

Nejzásadnější a nejdůležitější v jeho vynálezu bylo rozdělení parní válec a kondenzátor, díky kterému nebyla vynaložena energie na stálý ohřev válce. Stroj se stal ekonomičtější. Jeho účinnost se zvýšila.

Od roku 1776 začala tovární výroby parní stroje. Ve srovnání s konstrukcí z roku 1765 bylo na stroji z roku 1776 provedeno několik zásadních vylepšení. Píst byl umístěn uvnitř válce, obklopený parním pláštěm. Skříň byla uzavřena shora a válec byl otevřený. Pára se do válce dostávala z kotle bočním potrubím. Válec byl spojen s kondenzátorem potrubím opatřeným ventilem pro výstup páry. Nad tímto ventilem byl umístěn další vyvažovací ventil.

Stroj však provedl pouze jeden pracovní pohyb, pracovali na hulvátech a proto mohl být použit pouze jako čerpadlo. Aby mohl parní stroj pohánět další stroje, bylo nutné, aby vytvářel rovnoměrný kruhový pohyb. Takový motor dvojí akce byl vyvinut Wattem v roce 1782. Od Watta bylo vyžadováno obrovské úsilí, aby vytvořil mechanismus, který přenáší pohyb z pístu na hřídel, ale Watt toho dosáhl vytvořením speciálního přenosového zařízení, tzv. Wattův rovnoběžník. Nyní nový motor Watta byla vhodná pro pohon jiných pracovních strojů. Během let 1785-1795 bylo vyrobeno 144 takových parních strojů a v roce 1800 již v Anglii fungovaly parní stroje o výkonu 321 Wattů.

Pro měření výkonu parních strojů představil Watt koncept "Koňská síla", která se dodnes používá jako obecně uznávaná jednotka moci. Jeden z Wattových strojů koupil sládek, aby nahradil koně, který poháněl vodní čerpadlo. Při volbě požadovaného výkonu parního stroje určil sládek pracovní síla koně jako osm hodin nepřetržité práce až do úplného vyčerpání koně. Výpočet ukázal, že každou sekundu kůň zvedl 75 kg vody do výšky 1 metru, což bylo bráno jako jednotka síly 1 koňská síla.

Parní stroje se používaly ve všech průmyslových odvětvích. Byly široce používány v průmyslu, v dopravě a svého času se staly „motory technického pokroku“.

nicméně účinnost nejlepší parní stroje nepřesáhly 5 %! Z každých 1000 kg paliva bylo vynaloženo pouze 50 kg na užitečnou práci!

Koncem 19. století bylo schéma parní elektrárny výrazně vylepšeno a její základní principy přetrvaly dodnes.
___

Zajímavostí je, že v roce 1735 byl v budově anglického parlamentu instalován první ventilátor v historii, který byl poháněn parním strojem.
___

V roce 1800 vynalezl Američan, majitel uhelného dolu, první parní výtah. V roce 1835 se tento parní výtah začal používat v továrnách v Anglii a poté se rozšířil ve Spojených státech.
A v 50. letech 19. století nainstalovala společnost Otis Steam Lift Company svůj první osobní výtah v pětipatrovém obchodě na Broadwayi. Výtah uvezl až pět lidí a vezl je rychlostí 20 cm za vteřinu.

Denis Papin vytvořil první funkční model parního stroje, jehož nevýhodou bylo, že vypracoval pouze jeden cyklus, po kterém bylo nutné motor zchladit, rozebrat a znovu složit. Takový návrh mohl být použit pouze pro demonstrativní účely, ale byl zcela nevhodný pro provádění užitečné práce. Bylo to způsobeno tím, že voda se ohřívala přímo ve válci, kvůli tomu byl válec sám neustále v horkém stavu a píst se nemohl vrátit do původní polohy. Papinovi následovníci proto používali pro ohřev vody samostatnou nádobu – parní kotel.

První průmyslově využívaný a patentovaný parní stroj byl „požární stroj“, navržený anglickým inženýrem a majitelem dolu Thomasem Saverym v roce 1698. Bylo to parní čerpadlo, ne motor: nemělo to válec s pístem, který by při pohybu něco uvedl do pohybu. Nejdůležitější na tomto zařízení bylo, že pára pro čerpadlo se tvořila v samostatném kotli. Bylo to docela nebezpečné, protože kvůli vysokému tlaku páry občas explodovaly nádrže a potrubí motoru, takže si Severi dával pozor, jak výkonné má čerpadlo.

Stroj pracoval následovně: nejprve byla uzavřená nádrž naplněna párou, poté byl vnější povrch nádrže ochlazen studenou vodou, čímž došlo ke kondenzaci páry a v nádrži bylo vytvořeno částečné vakuum. Poté byla voda ze dna šachty nasávána sacím potrubím do vodojemu a po vstupu další části páry byla vypouštěna výstupním potrubím. Na potrubí byly instalovány ventily, které umožňovaly průchod vody pouze z dolu do vodojemu a z vodojemu do žlabu, ale neumožňovaly průchod vody v opačném směru. Poté se cyklus opakoval, ale vodu bylo možné zvednout pouze z hloubky menší než 10,36 m, protože ve skutečnosti byla vytlačena atmosférickým tlakem.

Čerpadlo Severi mělo vážné nevýhody: bylo neefektivní, protože teplo páry se ztratilo pokaždé během chlazení nádoby, během provozu spotřebovalo hodně paliva, fungovalo přerušovaně - voda byla odčerpávána v oddělených částech. Nemohl být použit jako univerzální motor k pohonu různé stroje a mechanismy, protože většinou fungují nepřetržitě. Saveryho pumpa však pomohla vynálezcům pochopit jednoduchou myšlenku, že v parní stroje použijte páru ze samostatného kotle.

V roce 1712 anglický kovář Thomas Newcomen, který si vzal za základ motor Savery, spolu se sklenářem Johnem Calliem předvedli svůj „atmosférický motor“. Na rozdíl od předchozího motoru měl tento samostatný pístový válec a samostatný válec čerpadla. Tento stroj byl instalován v uhelném dole Staffordshire k odčerpávání vody. Jednalo se o vylepšený parní stroj Severi, ve kterém pracovní tlak pár.

Pára z kotle pronikla do základny válce a zvedla píst nahoru. Když byla do válce vstřikována studená voda, pára kondenzovala, ve válci se vytvořilo vakuum a pod vlivem atmosférického tlaku píst spadl dolů. Tento zpětný zdvih odstranil vodu z válce a pomocí řetězu spojeného s vahadlem zvedl tyč čerpadla nahoru. Když byl píst na dně svého zdvihu, pára opět vstoupila do válce a pomocí protizávaží namontovaného na tyči čerpadla nebo na vahadle se píst zvedl do původní polohy. Poté se cyklus opakoval. Tuto technologii v současnosti využívají betonová čerpadla na stavbách. Aby se odstranila mezera mezi válcem a pístem, připevnil Newcomen na jeho konec pružný kožený kotouč a nalil na něj trochu vody.

Čerpadlo Newcomen bylo prvním parním strojem, který byl široce používán a používán v celé Evropě po více než 50 let. Za jeden den udělala práci, kterou dělaly týmy 25 lidí a 10 koní pracující na směny za týden. V roce 1775 ještě větší stroj postavený Johnem Smithem vyprázdnil suchý dok v Kronštadtu za dva týdny. Dříve to s použitím vysokých větrných mlýnů trvalo rok.

Newcomenův stroj byl úspěšný, ale zdaleka ne dokonalý. Přeměnil pouze 1 % tepelné energie na energii mechanickou a ve výsledku sežral obrovské množství paliva, které však nemělo žádný efekt. zvláštní význam když stroj pracoval v uhelných dolech. Také kvůli nerovnoměrnému chodu se Newcomenovy stroje často porouchaly.

Newcomen nemohl získat patent na svůj vynález, protože parní vodní výtah si předtím nechal patentovat Thomas Savery, se kterým Newcomen později spolupracoval. Parní stroj Newcomen nebyl univerzální motor a mohl fungovat pouze jako čerpadlo. Newcomenovy pokusy použít vratný pohyb pístu k otáčení lopatkového kola na lodích byly neúspěšné.

Obecně sehrály Newcomenovy stroje obrovskou roli v zachování uhelného průmyslu: s jejich pomocí bylo možné obnovit těžbu uhlí v mnoha zatopených dolech. Zásluha Newcomena spočívá také v tom, že jako jeden z prvních realizoval myšlenku využití páry k získání mechanická práce.

V Rusku byl první parní stroj schopný přímo pohánět mechanismy navržen 25. dubna 1763 I.I. Polzunov, mechanik v těžebních závodech Kolyvano-Voskresensky na Altaji. Tento stroj byl navržen pro pohon dmychadel. Projekt schválil šéf továren a poslal jej do Petrohradu, kde byl Polzunovův parní stroj uznán.

Polzunov nejprve navrhoval stavět Ne velké auto, na kterém by bylo možné identifikovat a odstranit všechny nedostatky, které jsou u nového vynálezu nevyhnutelné. Vedení továrny s tím nesouhlasilo a rozhodlo se rovnou postavit velké auto. Jeho stavba byla svěřena Polzunovovi, kterému byli přiděleni dva řemeslníci a několik pomocných dělníků. Auto se stavělo rok a devět měsíců. Když stroj prošel prvním testem, vynálezce onemocněl přechodnou spotřebou a zemřel několik dní před závěrečným testem.

23. května 1766 vyrazili Polzunovovi studenti Levzin a Černicyn sami poslední test parní stroj a 7. srpna 1766 bylo celé zařízení - parní stroj a silné dmychadlo - uvedeno do provozu. Za tři měsíce práce Polzunovův stroj nejen ospravedlnil všechny náklady na jeho stavbu, ale také přinesl čistý zisk čtyřikrát vyšší než jeho náklady.

10. listopadu 1766 vytekl kotel a stroj se zastavil. Navzdory skutečnosti, že tato porucha mohla být snadno odstraněna, tovární orgány, které neměly zájem o mechanizaci, Polzunovův výtvor opustily. Během následujících třiceti let byl stroj neaktivní a v roce 1779 byl rozebrán.

Počátek průmyslové revoluce je spojen s vynálezem účinného parního stroje ve Velké Británii v druhé polovině 17. století. I když by takový vynález sám o sobě sotva něco dal (nezbytné technická řešení byly známy dříve), ale v té době byla anglická společnost připravena využívat inovace ve velkém měřítku. To bylo způsobeno skutečností, že do té doby Anglie přešla ze statické tradiční společnosti na společnost s rozvinutými tržními vztahy a aktivní obchodní třídou. Kromě toho měla Anglie dostatečné finanční zdroje (protože byla světovým obchodním vůdcem a vlastnila kolonie), obyvatelstvo vychované v tradicích protestantské pracovní morálky a liberální politický systém, v němž stát nepotlačoval ekonomickou aktivitu.

Za první pokus o využití parního stroje v průmyslu je považováno vodní čerpadlo Thomase Saveryho, patentované v roce 1698. To se ale nepodařilo pro časté výbuchy kotlů a omezený výkon. Dokonalejší byl stroj Thomase Newcomena, vyvinutý v roce 1712. Zřejmě Newcomen použil již dříve získaná experimentální data Denise Papina, který studoval tlak vodní páry na píst ve válci a páru nejprve ohříval a ochlazoval, aby se píst ručně vrátil do původního stavu.

Schéma parního stroje Newcomen

Čerpadla Newcomen našla uplatnění v Anglii a jinde Evropské země pro čerpání vody z hluboce zatopených dolů, ve kterých by se bez nich nedalo pracovat. Do roku 1733 jich bylo koupeno 110, z toho 14 na export. Byly velké a drahá auta, velmi neefektivní moderní standardy, ale zaplatili sami tam, kde byla těžba uhlí relativně levná. S určitými vylepšeními jich bylo před rokem 1800 vyrobeno 1454 a v provozu zůstaly až do začátku 20. století.

Nejslavnější z prvních parních strojů navržených Jamesem Wattem byl navržen v roce 1778, Watt výrazně zlepšil mechanismus, díky čemuž fungoval stabilněji. Současně se kapacita zvýšila asi pětkrát, což přineslo 75% úsporu nákladů na uhlí. Ještě důležitějším důsledkem byla skutečnost, že na základě Wattova stroje bylo možné transformovat pohyb vpřed píst do rotačního, to znamená, že motor nyní mohl otáčet kolem mlýna nebo továrního stroje. Již v roce 1800 vyrobila firma Watt a jeho společník Bolton 496 takových mechanismů, z nichž pouze 164 bylo použito jako čerpadla. Dalších 308 našlo uplatnění v mlýnech a továrnách a 24 obsluhovalo vysoké pece.

Hromadění nových praktických poznatků v 16.–17. století vedlo k neslýchanému rozmachu lidského myšlení. Vodní a větrná kola otáčejí obráběcí stroje, uvádějí do pohybu měchy, pomáhají hutníkům vytahovat rudu z dolů, tedy tam, kde lidské ruce nezvládají těžkou práci, přichází na pomoc energie vody a větru. Za hlavní technologické úspěchy té doby se nezasloužili ani tak vědci a věda, jako pečlivá práce zkušených vynálezců. Velké byly zejména úspěchy v těžební technologii, v těžbě různých rud a nerostů. Bylo nutné vytěžit vytěženou rudu nebo uhlí z dolu, odčerpat spodní vodu, která důl neustále zaplavovala, neustále přivádět do dolu vzduch a bylo zapotřebí mnoho nejrůznějších pracných prací, aby těžba nezastavil by se. Rozvíjející se průmysl si tak panovačně vyžádal stále více energie a v té době ji dokázala zajistit především vodní kola. Už se naučili stavět dostatečně mocně. V souvislosti s nárůstem výkonu kol se stále více začal používat kov pro hřídele a některé další díly. Ve Francii na řece Seině v roce 1682 postavil mistr R. Salem pod vedením A. de Villeho tehdy největší zařízení sestávající z 13 kol o průměru 8 m, která sloužila k pohonu více než 200 čerpadla, která dodávala vodu do výšky přes 160 m, a dodávající vodu do fontán ve Versailles a Marly. První používané továrny na bavlnu hydromotor. Arkwrightovy spřádací stroje byly od počátku poháněny vodou. Vodní kola však mohla být instalována pouze na řece, nejlépe plnoproudé a rychlé. A pokud se na březích řeky ještě podařilo postavit textilní či kovozpracující továrnu, pak se ložiska rud nebo uhelné sloje musely rozvíjet jen v místech výskytu. A na odčerpávání spodní vody, která zaplavila důl a vynášení vytěžené rudy či uhlí na povrch, byla potřeba i energie. Proto bylo v dolech odlehlých od řek nutné využívat pouze sílu zvířat.

Majitel anglického dolu si v roce 1702 musel ponechat 500 koní na provoz čerpadel čerpajících vodu z dolu, což bylo velmi nerentabilní.

Rozvíjející se průmysl potřeboval výkonné motory nový typ, který by vám umožnil vytvořit výrobu kdekoli. Prvním impulsem pro vytvoření nových motorů, které mohou pracovat kdekoli, ať už je poblíž řeka nebo ne, byla právě potřeba čerpadel a výtahů v hutnictví a hornictví.

Schopnost páry produkovat mechanickou práci je člověku známa již dlouho. První stopy skutečného inteligentního využití páry v mechanice jsou zmíněny v roce 1545 ve Španělsku, kdy námořní kapitán

Blasco de Garay zkonstruoval stroj, kterým uvedl do pohybu boční lopatková kola lodi a který byl na příkaz Karla V. poprvé testován v barcelonském přístavu při přepravě 4 000 quintalů nákladu lodí tři námořní míle za dvě hodiny. . Vynálezce byl odměněn, ale samotný stroj zůstal bez použití a byl zapomenut.

Na konci 17. století se v zemích s nejrozvinutější manufakturní výrobou zrodily prvky nové strojní technologie využívající vlastností a síly vodní páry.

Rané pokusy o stvoření tepelný motor byly spojeny s nutností čerpat vodu z dolů, kde se těžilo palivo. V roce 1698 Angličan Thomas Savery, bývalý horník a poté kapitán obchodního loďstva, poprvé navrhl čerpání vody pomocí parního vodního výtahu. Patent přijatý Savery zněl: „Tento nový vynález zvedání vody a získávání pohonu pro všechny druhy výroby pomocí hnací síly ohně má velký význam pro sušení dolů, zásobování měst vodou a výrobu hnací síly pro továrny všeho druhu. které nemohou využívat vodní sílu ani neustálou práci větru." Vodní výtah Severi fungoval na principu nasávání vody na úkor atmosférického tlaku do komory, kde při kondenzaci páry se studenou vodou docházelo k ředění. Parní stroje Severi byly extrémně nehospodárné a nepohodlné na provoz, nedaly se uzpůsobit pro pohon obráběcích strojů, spotřebovávaly obrovské množství paliva, jejich účinnost nebyla vyšší než 0,3 %. Poptávka po čerpání vody z dolů však byla tak velká, že i tyto objemné parní stroje čerpacího typu si získaly určitou oblibu.

Thomas Newcomen (1663-1729) – anglický vynálezce, povoláním kovář. Spolu s dráteníkem J. Cowleym sestrojil parní čerpadlo, jehož pokusy o vylepšení trvaly asi 10 let, než začal správně fungovat. Parní stroj Newcomen nebyl univerzální stroj. Předností Newcomena je, že jako jeden z prvních realizoval myšlenku použití páry k získání mechanické práce. Společnost britských technologů nese jeho jméno. V roce 1711 Newcomen, Cowley a Savery vytvořili „Společnost vlastníků práv vynalézt zařízení pro zvedání vody ohněm“. Dokud byli tito vynálezci držiteli patentů na „využívání síly ohně“, veškerá jejich práce na výrobě parních strojů probíhala v nejpřísnější důvěrnosti. Švéd Triwald, který se podílel na nastavení Newcomenových strojů, napsal: „... vynálezci Newcomen a Cowley byli velmi podezřívaví a opatrní, aby zachovali tajemství stavby a použití svého vynálezu pro sebe a své děti. Španělský vyslanec u anglického dvora, který se přijel z Londýna s početnou družinou cizinců na nový vynález podívat, nebyl ani vpuštěn do místnosti, v níž byly stroje umístěny. Ale ve 20. letech 18. století patent vypršel a mnoho inženýrů se pustilo do výroby zařízení na zdvihání vody. Objevila se literatura, která tato nastavení popisovala.

Proces distribuce univerzálních parních strojů v Anglii začátkem 19. století. potvrzuje obrovský význam nového vynálezu. Pokud po desetiletí od roku 1775 do roku 1785. Bylo postaveno 66 dvojčinných strojů celkový výkon v 1288 hp, pak od 1785 do 1795. Již bylo vytvořeno 144 dvojčinných strojů s celkovým výkonem 2009 k a v následujících pěti letech - od 1795 do 1800. - 79 vozů s celkovou kapacitou 1296 koní

Ve skutečnosti začalo využití parního stroje v průmyslu v roce 1710, kdy angličtí dělníci Newcomen a Cowley poprvé postavili parní stroj, který poháněl čerpadlo instalované v dole, aby z něj odčerpávalo vodu.

Newcomenův stroj však nebyl parní stroj v moderním slova smyslu, neboť hnací silou v něm stále nebyla vodní pára, ale tlak atmosférického vzduchu. Proto se tomuto stroji říkalo „atmosférický“. Přestože ve stroji sloužila vodní pára, stejně jako u Severiho stroje, především k vytvoření vakua ve válci, již zde byl navržen pohyblivý píst - hlavní část moderního parního stroje.

Na Obr. Obrázek 4.1 ukazuje parní výtah Newcomen-Cowley. Při spouštění sací tyče 1 a zátěže 2 se píst 4 zvedl a pára vstoupila do válce 5 otevřeným kohoutem 7 z kotle 8, jehož tlak byl mírně vyšší než atmosférický. Pára sloužila k částečnému zvednutí pístu ve válci, nahoře otevřeném, ale její hlavní úlohou bylo vytvořit v něm podtlak. Za tímto účelem, když píst stroje dosáhl svého nejvyšší pozice kohout 7 byl uzavřen a studená voda byla vstřikována z nádrže 3 přes kohout 6 do válce. Vodní pára rychle kondenzovala a atmosférický tlak vrátil píst na dno válce, čímž zvedl přísavnou tyč. Kondenzát byl z válce vypouštěn trubicí9, píst byl opět zvednut kvůli přívodu páry a byl opakován výše popsaný proces. Newcomenův stroj je dávkový stroj.

Newcomenův parní stroj byl dokonalejší než Saveryho, snadněji se ovládal, byl hospodárnější a produktivnější. Stroje prvních verzí však pracovaly velmi nehospodárně, na vytvoření výkonu jedné koňské síly za hodinu bylo spáleno až 25 kg uhlí, to znamená, že účinnost byla asi 0,5%. Zavedení automatické distribuce proudů páry a vody zjednodušilo údržbu stroje, doba zdvihu pístu se zkrátila na 12–16 minut, čímž se zmenšily rozměry stroje a zlevnilo se provedení. I přes vysoký průtok paliva se tento typ strojů rychle rozšířil. Již ve dvacátých letech 18. století tyto stroje fungovaly nejen v Anglii, ale i v mnoha evropských zemích - v Rakousku, Belgii, Francii, Maďarsku, Švédsku, téměř století se používaly v uhelném průmyslu a pro zásobování vodou. do měst. V Rusku byl první parně-atmosférický stroj Newcomen instalován v roce 1772 v Kronštadtu k čerpání vody z doku. O rozšířenosti strojů Newcomen svědčí fakt, že poslední stroj tohoto typu v Anglii byl rozebrán až v roce 1934.

Ivan Ivanovič Polzunov (1728-1766) je talentovaný ruský vynálezce, který se narodil v rodině vojáka. V roce 1742 potřeboval mechanik závodu v Jekatěrinburgu Nikita Bakharev bystré studenty. Volba padla na čtrnáctileté I. Polzunov a S. Cheremisinov, kteří ještě studovali na Aritmetické škole. Teoretická příprava ve škole ustoupila praktickému seznámení s prací nejmodernějších strojů a zařízení tehdejšího ruského Jekatěrinburského závodu. V roce 1748 byl Polzunov převezen do Barnaulu, aby pracoval v továrnách Kolyvano-Voskresensky. Po samostudium knih o hutnictví a mineralogii v dubnu 1763 navrhl Polzunov projekt zcela originálního parního stroje, který se od všech tehdy známých strojů lišil tím, že byl určen pro pohon dmychadel a byl jednotkou nepřetržité působení. Polzunov ve svém memorandu o „požárním stroji“ ze dne 26. dubna 1763 podle vlastních slov chtěl „ ... přidáním ohnivého stroje zastavit vodní hospodářství a pro tyto případy ho zcela zlikvidovat a místo hrází pro pohyblivý základ závodu jej zřídit tak, aby byl schopen veškeré zátěže na sebe kladené, které je obvykle nutné k rozdmýchávání ohně, nést a dle libosti, co bude třeba, napravit. A pak napsal: „Abych dosáhl této slávy (pokud to síly dovolí) pro vlast, a aby ve prospěch celého lidu, díky velkým znalostem o používání věcí, které ještě nejsou příliš známé ( po vzoru jiných věd), zavést do obyčeje. Vynálezce v budoucnu snil o přizpůsobení stroje pro jiné potřeby. Projekt I.I. Polzunov byl uveden do královské kanceláře v Petrohradě. Rozhodnutí Kateřiny II bylo následující: „Její císařské Veličenstvo je nejen Polzunov, milosrdně potěšen, ale pro největší povzbuzení, kterému se rozhodla velet: vítejte Evo, Polzunov, u mechaniků s hodností a platem kapitána poručíka. a dejte mu 400 rublů jako odměnu“ .

Newcomenovy stroje, které perfektně fungovaly jako zařízení na zvedání vody, nedokázaly uspokojit naléhavou potřebu univerzálního motoru. Pouze otevřeli cestu k vytvoření univerzálních kontinuálních parních strojů.

V počáteční fázi vývoje parních strojů je třeba vyzdvihnout „ohnivý stroj“ ruského důlního mistra Polzunova. Motor byl navržen pro pohon mechanismů jednoho z tavicí pece Barnaulova rostlina.

Podle Polzunovova projektu (obr. 4.2) byla pára z kotle (1) přiváděna do jednoho řekněme levého válce (2), kde zvedala píst (3) do nejvyšší polohy. Poté byl z nádrže do válce vstřikován proud studené vody (4), což vedlo ke kondenzaci páry. V důsledku atmosférického tlaku na píst klesal, zatímco v pravém válci v důsledku tlaku páry píst stoupal. Rozvod vody a páry ve stroji Polzunov prováděl speciál automatické zařízení(5). Plynulá pracovní síla od pístů stroje byla přenášena na řemenici (6) uloženou na hřídeli, ze které byl pohyb přenášen na zařízení pro rozvod vody a páry, podávací čerpadlo a také na pracovní hřídel, ze které měchy dmychadla se daly do pohybu.

Polzunovův motor patřil k „atmosférickému“ typu, ale v něm vynálezce nejprve zavedl sečtení práce dvou válců s písty na jedné společné hřídeli, což zajišťovalo rovnoměrnější zdvih motoru. Když byl jeden z válců zapnutý Volnoběh, druhý měl pracovní tah. Motor měl automatický rozvod páry a poprvé nebyl přímo připojen pracovní stroj. I.I. Polzunov vytvořil svůj vůz v extrémně obtížných podmínkách, vlastníma rukama, bez potřebné finanční prostředky a speciální stroje. Neměl k dispozici zručné řemeslníky: vedení závodu vyslalo do Polzunova čtyři studenty a přidělilo dva důchodce. Sekera a další jednoduché nástroje používané při výrobě tehdy konvenčních strojů zde byly málo použitelné. Polzunov musel samostatně navrhnout a postavit nové zařízení pro svůj vynález. Konstrukce velké auto, vysoký asi 11 metrů, ihned z plechu, nezkoušeno ani na modelu, bez specialistů to vyžadovalo obrovské úsilí. Vůz byl postaven, ale 27. května 1766 I.I. Polzunov zemřel na přechodnou spotřebu, nežil týden před testy „velkého stroje“. Samotný stroj, testovaný Polzunovovými studenty, který se nejen zaplatil, ale také přinesl zisk, pracoval 2 měsíce, nedostal další vylepšení a po poruše byl opuštěn a zapomenut. Po Polzunovově motoru uplynulo půl století, než se v Rusku začaly používat parní stroje.

James Watt – anglický vynálezce, tvůrce univerzálního parního stroje, člen Královské společnosti v Londýně – se narodil v Greenocku ve Skotsku. Od roku 1757 působil jako mechanik na univerzitě v Glasgow, kde se seznámil s vlastnostmi vodní páry a prováděl výzkum závislosti teploty syté páry na tlaku. V letech 1763-1764 při úpravě modelu Newcomenova parního stroje navrhl snížit spotřebu páry oddělením parního kondenzátoru od válce. Od té doby začala jeho práce na zdokonalování parních strojů, zkoumání vlastností páry, stavbě nových strojů atd., která pokračovala po celý jeho život. Na Wattově pomníku ve Westminsterském opatství je vytesán nápis: „...aplikoval sílu tvůrčího génia na zdokonalení parního stroje, rozšířil produktivitu své země, zvýšil moc člověka nad přírodou a zaujal vynikající místo. mezi nejslavnější muže vědy a skutečné dobrodince lidstva." Při hledání finančních prostředků na stavbu svého motoru začal Watt snít zisková práce mimo Anglii. Na začátku 70. let řekl svým přátelům, že „je unavený z vlasti“ a vážně začal mluvit o přestěhování do Ruska. Ruská vláda nabídla anglickému inženýrovi „povolání podle jeho vkusu a znalostí“ a s ročním platem 1000 liber št. Wattovu odjezdu do Ruska zabránila smlouva, kterou v roce 1772 uzavřel s kapitalistou Boltonem, majitelem strojírenského podniku v Soho u Birminghamu. Bolton už dlouho věděl o vynálezu nového „ohnivého“ stroje, ale váhal s dotováním jeho konstrukce, protože pochyboval o praktické hodnotě stroje. S Wattem spěchal uzavřít dohodu, až když reálně hrozil odjezd vynálezce do Ruska. Dohoda spojující Watt s Boltonem se ukázala jako velmi účinná. Bolton se ukázal jako inteligentní a prozíravý muž. Na nákladech na stavbu stroje nešetřil. Bolton si uvědomil, že Wattův génius, osvobozený od malicherných, vyčerpávajících starostí o kousek chleba, se rozvine plná síla a obohatit podnikavého kapitalistu. Sám Bolton byl navíc významným strojním inženýrem. Wattovy technické nápady také uchvátily. Závod v Soho byl proslulý svým prvotřídním vybavením na tehdejší dobu a měl kvalifikované pracovníky. Watt proto s nadšením přijal Boltonovu nabídku zřídit v závodě výrobu parních strojů nové konstrukce. Od začátku 70. let až do konce svého života zůstal Watt hlavním mechanikem závodu. Na konci roku 1774 postavila továrna v Soho první dvojčinný stroj.

Newcomenův stroj byl za století své existence značně vylepšen, ale zůstal „atmosférický“ a nevyhovoval potřebám rychle rostoucí technologie výrobní výroby, která vyžadovala organizaci rotačního pohybu vysokou rychlostí.

Hledání mnoha vynálezců směřovalo k dosažení cíle. Jen v Anglii bylo v poslední čtvrtině 18. století vydáno více než tucet patentů na univerzální motory nejv. různé systémy. Pouze Jamesi Wattovi se však podařilo nabídnout průmyslu univerzální parní stroj.

Watt začal pracovat na parním stroji téměř současně s Polzunovem, ale v různé podmínky. V Anglii v té době průmysl vzkvétal. Watt byl aktivně podporován Boltonem, vlastníkem několika továren v Anglii, který se později stal jeho partnerem, parlamentem, a měl možnost využít vysoce kvalifikovaný inženýrský personál. V roce 1769 si Watt nechal patentovat parní stroj s odděleným kondenzátorem a následně využití přetlaku páry v motoru, což výrazně snížilo spotřebu paliva. Watt byl právem tvůrcem parního pístového motoru.

Na Obr. 4.3 je znázorněno schéma jednoho z prvních Wattových parních strojů. Parní kotel 1 je spojen s pístovým válcem 3 parním potrubím 2, kterým je pára periodicky přiváděna do horní dutiny nad pístem 4 a do spodní dutiny pod pístem válce. Tyto dutiny jsou spojeny s kondenzátorem potrubím5, kde odpadní pára kondenzuje se studenou vodou a vzniká vakuum. Stroj má vyvažovačku 6, která pomocí ojnice 7 spojuje píst s klikovou hřídelí, na jejímž konci je upevněn 8 setrvačník.

Ve stroji byl poprvé uplatněn princip dvojího působení páry, který spočívá v tom, že čerstvá pára je vpouštěna do válce stroje střídavě do komor po obou stranách pístu. Wattovo zavedení principu parní expanze spočívalo v tom, že čerstvá pára byla do válce vpouštěna pouze na část zdvihu pístu, poté byla pára přerušena a další pohyb pístu byl proveden v důsledku expanze páry a poklesu tlaku. jeho tlak.

Ve Wattově stroji tedy nebyl rozhodující hnací silou atmosférický tlak, ale tlak par. vysoký krevní tlak který pohání píst. Nový princip parní provoz si vyžádal kompletní změnu zařízení stroje, zejména válce a rozvodu páry. Pro odstranění kondenzace páry ve válci zavedl Watt nejprve parní plášť válce, s jehož pomocí začal ohřívat jeho pracovní stěny párou, a izoloval vnější stranu parního pláště. Protože Watt nedokázal ve svém stroji vytvořit rovnoměrný rotační pohyb. klikový mechanismus(ochranný patent si na takovou převodovku vzal francouzský vynálezce Picard), poté si v roce 1781 nechal patentovat pět způsobů přeměny kývavého pohybu na kontinuální rotační. Nejprve k tomuto účelu používal planetové neboli solární kolo. Nakonec se Watt představil odstředivý regulátor rychlost pro změnu množství páry dodávané do válce stroje při změně rychlosti. Watt tak ve svém parním stroji stanovil základní principy konstrukce a provozu moderního parního stroje.

Wattovy parní stroje běžely na sytou páru nízký tlak 0,2–0,3 MPa, s malým počtem otáček za minutu. Takto upravené parní stroje podávaly vynikající výsledky, několikrát snížily spotřebu uhlí na hp/h (koní za hodinu) ve srovnání s Newcomenovými stroji a vytlačily vodní kolo z těžebního průmyslu. V polovině 80. let XVIII století. konstrukce parního stroje byla nakonec vyvinuta a z dvojčinného parního stroje se stal univerzální tepelný stroj, který našel široké uplatnění téměř ve všech odvětvích hospodářství v mnoha zemích. V 19. století se rozšířily šachtové zvedací parní elektrárny, parní dmychadla, válcovací parní elektrárny, parní buchary, parní čerpadla atd.

Další zvýšení účinnosti Parní elektrárny dosáhl Wattův současník Arthur Wolf v Anglii zavedením vícenásobné expanze páry za sebou ve 2, 3 a dokonce 4 krocích, přičemž pára přecházela z jednoho válce stroje do druhého.

Odmítnutí vyvažovače a použití vícenásobné expanze páry vedlo k vytvoření nových konstrukčních forem strojů. Dvojexpanzní motory se začaly formovat do podoby dvou válců – vysokotlakého válce (HPC) a nízkotlakého válce (LPC), do kterých přijímala výfuková pára po HPC. Válce byly umístěny buď horizontálně (sdružený stroj, obr. 4.4, a), nebo sekvenčně, kdy oba písty jsou usazeny na společné tyči (tandemový stroj, obr. 4.4, b).

Velký význam pro zvýšení efektivity. parní stroje začaly v polovině 19. století využívat přehřátou páru o teplotě až 350 °C, což umožnilo snížit spotřebu paliva na 4,5 kg na hp/h. Využití přehřáté páry jako první navrhl francouzský vědec G.A. Girnom.

George Stephenson (1781–1848) se narodil v dělnické rodině a pracoval v uhelných dolech v Newcastlu, kde pracoval i jeho otec a děd. Hodně se vzdělával, studoval fyziku, mechaniku a další vědy, zajímal se o vynálezeckou činnost. Vynikající schopnosti Stephensona přivedly na místo mechanika a v roce 1823 byl jmenován hlavním inženýrem společnosti pro stavbu první železnice. běžné použití Stockton-Darlington; otevřelo se mu to skvělé příležitosti design, invenční práce.

V Rusku postavili první parní lokomotivy ruští mechanici a vynálezci Čerepanovové - Efim Alekseevič (otec, 1774–1842) a Miron Efimovich (syn, 1803–1849), kteří pracovali v továrnách Nižnij Tagil a byli bývalí nevolníci továrny. majitelé Demidovs. Čerepanovové se sebevzděláváním stali vzdělanci, navštěvovali továrny Petrohrad a Moskva, Anglii a Švédsko. Za vynalézavou činnost dostali Miron Cherepanov a jeho manželka v roce 1833 svobodu. Efim Čerepanov a jeho manželka dostali svobodu v roce 1836. Čerepanovovi vytvořili asi 20 různých parních strojů, které pracovaly v továrnách Nižnij Tagil.

Vysoký tlak páry pro parní stroje poprvé použil Oliver Evans v Americe. To vedlo k dalšímu snížení spotřeby paliva až o 3 kg na hp/h. Později začali konstruktéři parních lokomotiv používat víceválcové parní stroje, přetlakovou páru a obracecí zařízení.

V XVIII století. byla zcela pochopitelná touha využít parní stroj pro pozemní a vodní dopravu. Ve vývoji parních strojů byly samostatným směrem lokomotivy - mobilní parní elektrárny. První instalaci tohoto typu vyvinul anglický stavitel John Smith. Rozvoj parní dopravy začal ve skutečnosti instalací požárních trubic do žárových kotlů, což výrazně zvýšilo jejich parní výkon.

Bylo učiněno mnoho pokusů o vývoj parních lokomotiv - parních lokomotiv, byly stavěny provozní modely (obr. 4.5, 4.6). Z nich vyniká parní lokomotiva Rocket postavená talentovaným anglickým vynálezcem Georgem Stephensonem (1781–1848) v roce 1825 (viz obr. 4.6, a, b).

Rocket nebyla první parní lokomotiva navržená a postavená Stephensonem, ale tato byla v mnoha ohledech lepší a byla zvolena nejlepší lokomotivou na speciální výstavě v Rayhill a doporučena pro novou železnici Liverpool-Manchester, která se v té době stala příkladnou. . V roce 1823 Stephenson zorganizoval první lokomotivní závod v Newcastlu. V roce 1829 byla v Anglii uspořádána soutěž o nejlepší parní lokomotivu, jejímž vítězem se stal stroj J. Stephensona. Jeho parní lokomotiva "Rocket", vyvinutá na základě požárního kotle, s hmotností vlaku 17 tun, vyvinula rychlost 21 km / h. Později byla rychlost "rakety" zvýšena na 45 km / h.

Železnice začaly hrát v XVIII století. obrovskou roli. První osobní železnici v Rusku o délce 27 km z rozhodnutí carské vlády postavili zahraniční podnikatelé v roce 1837 mezi Petrohradem a Pavlovskem. Dvoukolejná dráha Petersburg-Moskva začala fungovat v roce 1851.

V roce 1834 postavili otec a syn Čerepanovovi první ruskou parní lokomotivu (viz obr. 4.6, c, d), nesoucí náklad 3,5 tuny při rychlosti 15 km/h. Jejich následné parní lokomotivy vezly náklad o hmotnosti 17 tun.

Pokusy o využití parního stroje ve vodní dopravě probíhaly již od počátku 18. století. Je například známo, že francouzský fyzik D. Papin (1647–1714) postavil loď poháněnou parním strojem. Je pravda, že Papin v této věci nedosáhl úspěchu.

Problém je vyřešen Americký vynálezce Robert Fulton (1765-1815), narozený v Little Briton (nyní Fulton), Pennsylvania. Je zvláštní poznamenat, že první velké úspěchy při vytváření parních strojů pro průmysl, železnice a vodní doprava padl na los talentovaní lidé kteří získali vědomosti sebevzděláváním. Fulton nebyl v tomto ohledu výjimkou. Fulton, který se později stal strojním inženýrem, pocházel z chudé rodiny a zpočátku se hodně vzdělával. Fulton žil v Anglii, kde se zabýval stavbou vodních staveb a řešením řady dalších technických problémů. Ve Francii (v Paříži) postavil ponorku Nautilus a parní loď, která byla testována na řece Seině. Ale tohle všechno byl jen začátek.

Skutečného úspěchu dosáhl Fulton v roce 1807: po návratu do Ameriky postavil kolesový parník Clermont s nosností 15 tun, poháněný parním strojem o výkonu 20 k. s., která v srpnu 1807 uskutečnila první let z New Yorku do Albany o délce asi 280 km.

Další rozvoj lodní dopravy, říční i námořní, šel celkem rychle. To bylo usnadněno přechodem od dřevěných k ocelovým konstrukcím lodí, růstem výkonu a rychlosti parních strojů, zavedením lodního šroubu a řadou dalších faktorů.

S vynálezem parního stroje se člověk naučil přeměňovat energii soustředěnou v palivu na pohyb, na práci.

Parní stroj je jedním z mála vynálezů v historii, který dramaticky změnil obraz světa, způsobil revoluci v průmyslu, dopravě a dal impuls k novému vzestupu vědeckého poznání. Byl univerzálním motorem průmyslu a dopravy po celé 19. století, ale svými schopnostmi již neodpovídal požadavkům na motory, které vznikaly v souvislosti s výstavbou elektráren a používáním mechanismů s vysoké rychlosti na konci 19. století.

Místo pomaloběžného parního stroje vstupuje do technické arény jako nový tepelný stroj rychloběžná turbína s vyšší účinností.

Aktuální verze stránky ještě nebyla zkontrolována zkušenými přispěvateli a může se výrazně lišit od verze recenzované 26. srpna 2013; jsou vyžadovány kontroly.

Gravírování motoru Newcomen. Tento obrázek je zkopírován z kresby v Desaglieres' A Course in Experimental Philosophy, 1744, což je upravená kopie rytiny Henryho Beatona z roku 1717. Jedná se pravděpodobně o druhý motor Newcomen, instalovaný kolem roku 1714 v dole Greef v Workshire.

Parní stroj Newcomen- paro-atmosférický stroj, který sloužil k čerpání vody v dolech a rozšířil se v 18. století.

Parní stroj (eolipil) turbínového typu vynalezl Heron Alexandrijský v 1. století našeho letopočtu. e., ale zůstal zapomenutou hračkou a teprve na konci 17. století parní stroje opět přitahovaly pozornost nadšenců. Denis Papin vynalezl vysokotlaký parní kotel bezpečnostní ventil a nejprve navrhl myšlenku použití pohyblivého pístu ve válci. Papin se ale k praktické realizaci nedostal.

Vodozdvihací čerpadla Newcomen s pístovým parním strojem našla využití v Anglii a dalších evropských zemích pro čerpání vody z hluboko zatopených dolů, ve kterých by se bez nich nedalo pracovat. Do roku 1733 jich bylo koupeno 110, z toho 14 na export. S určitými vylepšeními jich bylo před rokem 1800 vyrobeno 1454 a v provozu zůstaly až do začátku 20. století. V Rusku se první stroj Newcomen objevil v roce 1777 v Kronštadtu k odvodnění doku. Wattův vylepšený stroj nemohl vytlačit Newcomenův stroj tam, kde byla hojnost uhlí. Nízká kvalita. Zejména stroje Newcomen byly až do roku 1934 používány v uhelných dolech v Anglii.

Pracovní zdvih v vakuový motor Newcomen není vysoký tlak pára, ale nízký tlak vakua vzniklého po vstříknutí vody do válce naplněného horkou párou. Nízký podtlak zvýšil bezpečnost motoru, ale výrazně snížil výkon motoru.

Pod vlivem vlastní hmotnost píst čerpadla (v animaci připojený k levému rameni vahadla, samotný píst není v animaci znázorněn) jde dolů a píst parní části stroje (připevněný k pravému rameni vahadla v animace) stoupá a nízkotlaká pára je přiváděna do vertikálního pracovního válce, otevřeného nahoře. Vstupní ventil páry se uzavře a pára se ochladí a kondenzuje. Zpočátku docházelo ke kondenzaci páry v důsledku vnějšího vodního chlazení parního válce. Poté bylo zavedeno vylepšení: pro urychlení kondenzace byla do válce po uzavření ventilu vstřikována nízkoteplotní voda s párou (v animaci z nádrže přímo pod pravým ramenem vahadla) a kondenzát stékal do sběrač kondenzátu. Když pára kondenzuje, tlak ve válci klesá a atmosférický tlak tlačí píst parní části stroje dolů, čímž dochází k pracovnímu zdvihu. Současně se zvedne píst čerpací části stroje a táhne s sebou vodu na další vysoká úroveň. Poté se cyklus opakuje. Mazání a utěsnění pístu parní části se provádí malým množstvím vody nalité na něj.

Zpočátku byl rozvod páry a chladicí vody ruční, poté byl vynalezen automatický rozvod, tkz. Potterův mechanismus.

Práce vykonaná atmosférickým tlakem je tím větší více pohybu píst a tlak na něj. Pokles tlaku v tomto případě závisí pouze na teplotě, při které pára kondenzuje, a síla rovnající se součinu poklesu tlaku a plochy pístu se zvětšuje se zvětšováním plochy pístu, tj. je průměr válce a následně objem válce. Obecně se ukazuje, že výkon stroje roste se zvětšováním objemu válce.

Píst je spojen řetězem s koncem velkého vahadla, což je dvouramenná páka. Čerpadlo pod zatížením je připojeno řetězem k opačnému konci vahadla. Během sestupného zdvihu pístu pumpa vytlačí nahoru část vody a pak svou vlastní vahou klesá dolů a píst se zvedne a naplní válec párou.

Neustálé chlazení a dohřívání pracovního válce stroje bylo velmi nehospodárné a neefektivní, nicméně tyto parní stroje umožňovaly čerpat vodu z dvojnásobné hloubky, než to bylo možné pomocí koní. Vytápění aut uhlím vytěženým ve stejném dole, kterému auto sloužilo, se ukázalo být ziskové, i přes monstrózní obžerství instalace: asi 25 kg uhlí za hodinu na koňskou sílu. Newcomenův stroj nebyl univerzální motor a mohl fungovat pouze jako čerpadlo. Newcomenovy pokusy použít vratný pohyb pístu k otáčení lopatkového kola na lodích byly neúspěšné. Newcomenovou zásluhou však je, že jako jeden z prvních realizoval myšlenku využití páry k získání mechanické práce. Jeho vůz se stal předchůdcem univerzální motor J. Watta.

Pracovní zdvih pístu je pouze v jednom směru (dolů) a konstantní tepelné ztráty na ohřev chlazeného válce omezovaly účinnost stroje (méně než 1% účinnost).

Prvním Wattovým vylepšením byl samostatný kondenzátor, který udržoval válec neustále horký.

Ve svém zásadně novém motoru Watt opustil paro-atmosférické schéma a vytvořil dvojčinný vahadlový stroj, ve kterém byly oba zdvihy pístu dělníky. Řetěz již nemohl sloužit jako převodový článek vahadla při zdvihu pístu vzhůru a vznikla potřeba mechanismu, který by přenášel sílu z pístu na vahadlo v obou směrech. Tento mechanismus byl také vyvinut Wattem. Výkon se zvýšil asi pětkrát, což přineslo 75% úsporu nákladů na uhlí. Skutečnost, že na základě Wattova stroje bylo možné převést translační pohyb pístu na rotační, se stala impulsem pro průmyslovou revoluci. Tepelný stroj mohl nyní otáčet kolem mlýna nebo továrního stroje a osvobozovat výrobu od vodních kol na řekách. Již v roce 1800 vyrobila firma Watt a jeho společník Bolton 496 takových mechanismů, z nichž pouze 164 bylo použito jako čerpadla. Dalších 308 našlo využití v mlýnech a továrnách a 24 sloužilo