Parní motor

Parní motor- tepelný motor vnější spalování, který přeměňuje energii vodní páry na mechanická práce vratný pohyb pístu a poté do rotačního pohybu hřídele. V širším smyslu je parní stroj jakýkoli motor s vnějším spalováním, který přeměňuje energii páry na mechanickou práci.

První parní stroj byl postaven v 17. století. Papen v roce 1690 a představoval válec s pístem, který se zvedal působením páry a snižoval tlakem atmosféry poté, co výfuková pára zhoustla. Na stejném principu byly v roce 1705 postaveny parní stroje Savery a Newcomen k odčerpávání vody z dolů. Konečné vylepšení parního stroje provedl James Watt v roce 1769.

vynález a vývoj

motor parní watt manufaktura

První známé zařízení poháněné párou popsal Hrdina Alexandrie v prvním století. Pára vycházející tangenciálně z trysek upevněných na kouli způsobila, že se koule otáčí. Skutečnou parní turbínu vynalezl mnohem později, ve středověkém Egyptě, turecký astronom, fyzik a inženýr Takiyuddin al-Shami v 16. století. Navrhl způsob otáčení rožně pomocí proudu páry nasměrovaného na lopatky upevněné na ráfku kola. Podobný stroj navrhl v roce 1629 italský inženýr Giovanni Branca pro otáčení válcového kotevního zařízení, které střídavě zvedalo a uvolňovalo pár paličky v hmoždíři. Proudění páry v těchto časných parní turbíny nebyl koncentrován a většina jeho energie byla rozptýlena všemi směry, což vedlo ke značným energetickým ztrátám.

Další vývoj parního stroje však vyžadoval ekonomické podmínky, ve kterých mohli vývojáři motorů zúročit jejich výsledky. Takové podmínky nebyly ani ve starověku, ani ve středověku, ani v renesanci. První stroj vytvořil španělský vynálezce Hieronimo Ayans de Beaumont, jehož vynálezy ovlivnily patent T. Severiho. Princip činnosti a použití parních strojů popsal v roce 1655 také Angličan Edward Somerset. V roce 1663 publikoval návrh a instaloval parní zařízení ke zvedání vody na zeď Velké věže na zámku Raglan (výklenky ve zdi, kde byl instalován motor, byly viditelné ještě v 19. století). Nikdo však nebyl ochoten riskovat peníze za tuto revoluční novou koncepci a parní stroj zůstal nevyvinutý. Jedním z experimentů francouzského fyzika a vynálezce Denise Papina bylo vytvoření vakua v uzavřeném válci. V polovině 70. let 17. století v Paříži spolupracoval s nizozemským fyzikem Huygensem na stroji, který vytlačoval vzduch z válce tím, že v něm explodoval střelný prach. Papin, když viděl neúplnost takto vzniklého vakua, po příjezdu do Anglie v roce 1680 vytvořil variantu téhož válce, ve které získal úplnější vakuum pomocí vroucí vody, která ve válci kondenzovala. Dokázal tak zvednout závaží připevněné k pístu lanem přehozeným přes kladku. Systém fungoval pouze jako demonstrační model: pro opakování procesu bylo nutné celý přístroj rozebrat a znovu složit. Papen rychle pochopil, že pro automatizaci cyklu musí být pára vyráběna odděleně v kotli. Papin je proto považován za vynálezce parního kotle, čímž otevřel cestu parnímu stroji Newcomen. Nicméně design proudu Parní motor nenabídl. Papin také navrhl člun poháněný tryskovým kolem v kombinaci konceptů Taqi al-Din a Severi; připisuje se mu také vynalézání mnoha důležitá zařízení jako je pojistný ventil.

Žádné z popsaných zařízení nebylo ve skutečnosti použito jako prostředek k řešení užitečných problémů. Prvním parním strojem použitým ve výrobě byl „požární stroj“, navržený anglickým vojenským inženýrem Thomasem Saverym v roce 1698. Severi získal patent na své zařízení v roce 1698. Bylo to pístové parní čerpadlo a zjevně nepříliš účinné, protože teplo páry se ztrácelo při každém ochlazení nádoby a při provozu bylo docela nebezpečné, protože kvůli vysoký tlak parní nádrže a potrubí motoru někdy explodovaly. Protože se toto zařízení dalo použít jak k otáčení kol vodního mlýna, tak k čerpání vody z dolů, nazval jej vynálezce „horníkův přítel“.

Poté anglický kovář Thomas Newcomen v roce 1712 předvedl své „ přirozeně plněný motorŠlo o vylepšený parní stroj Severi, ve kterém Newcomen výrazně zredukoval pracovní tlak pár. První aplikací motoru Newcomen bylo čerpání vody z hlubinného dolu. V důlním čerpadle bylo vahadlo spojeno s tyčí, která se spouštěla ​​do dolu do čerpací komory. Vratné pohyby tahu se přenášely na píst čerpadla, které přivádělo vodu nahoru. Právě čerpadlo Newcomen se stalo prvním parním strojem široce využívaným v praxi.

V roce 1781 si James Watt nechal patentovat parní stroj, který produkoval nepřetržitý rotační pohyb hřídele (na rozdíl od Newcomenovy parní pumpy). Wattový motor, výkon deset Koňská síla Díky dostupnosti uhlí a vody bylo možné instalovat a používat kdekoli pro jakýkoli účel. Je zvykem spojovat začátek průmyslové revoluce v Anglii s Wattovým motorem.

První dvouválcový vakuový parní stroj v Rusku zkonstruoval mechanik I.I. Polzunov v roce 1763 a postavený v roce 1764 pro provoz dmychadel v továrnách Barnaul Kolyvano-Voskresensky.

Dalším zvýšením účinnosti bylo použití vysokotlaké páry (Američan Oliver Evans a Angličan Richard Trevithick). Trevithick úspěšně postavil průmyslové vysokotlaké jednodobé motory známé jako „cornishové motory“. Pracovaly při 50 psi nebo 345 kPa (3,405 atmosfér). S rostoucím tlakem však hrozilo i větší nebezpečí výbuchů strojů a kotlů, což zpočátku vedlo k četným nehodám. Z tohoto pohledu nejvíce důležitý prvek vysokotlaké stroje bezpečnostní ventil který uvolnil přetlak. Spolehlivý a bezpečný provoz začal až shromažďováním zkušeností a standardizací postupů při stavbě, provozu a údržbě zařízení.

Francouzský vynálezce Nicolas-Joseph Cugnot předvedl v roce 1769 první funkční samohybné parní vozidlo: „fardier a vapeur“ (parní vozík). Snad jeho vynález lze považovat za první auto. s vlastním pohonem parní traktor se ukázal jako velmi užitečný jako mobilní zdroj mechanické energie, který uváděl do pohybu další zemědělské stroje: mlátičky, lisy atd. York). Na palubu zvedl 30 cestujících a jel rychlostí 7-8 uzlů. 21. února 1804 byla v Penydarren Iron Works v Merthyr Tydfil v Jižním Walesu předvedena první železniční parní lokomotiva s vlastním pohonem, kterou postavil Richard Trevithick.

Přesně před 245 lety – 5. ledna 1769 – získal James Watt patent na parní stroj, který vynalezl. Proč si nepřipomenout historii vzniku parního stroje z dávných dob?

Vlastně samotný patent a jeho majitel -

Historie vzniku parního stroje začíná skutečností, že první popis zařízení, které bylo poháněno párou, pochází z prvního století a patří Heronovi Alexandrijskému.

Pára vycházela tangenciálně z trysek, které byly upevněny na kouli, a nechala ji rotovat.

Skutečnou parní turbínu zkonstruoval již ve středověkém Egyptě inženýr, astronom a arabský filozof Taqi-ad-Din Mohammed v 16. století. Historie vytvoření parního stroje pokračovala. Vynalezl techniku ​​otáčení špejle pomocí páry. Mířil na lopatky upevněné na ráfku kola.

Navrhl italský inženýr Giovanni Branca podobné auto v roce 1629. Byl navržen k otáčení válcového kotevního zařízení v hmoždířích, které zase zvedlo a spustilo pár paličky v hmoždířích. Takový parní stroje proud páry nebyl koncentrován, a to vedlo k velké ztráty energie, protože značná část energie páry byla rozptýlena všemi směry.

Pro další vývoj historie vzniku parního stroje – parního zařízení – potřebovala ekonomické prostředí, ve kterém by vývojáři motorů mohli využít jeho výsledku. Ale ve starověku, stejně jako ve středověku a dokonce ani v renesanci takové podmínky nebyly. A teprve do konce 17. století vznikly parní jednotky, ale zatím jako ojedinělé kuriozity. První vůz vytvořil španělský vynálezce Hieronimo Ayans de Beaumont. Jeho vynálezy měly značný vliv na patent T. Severiho.

Angličan Edward Somerset v roce 1655 popsal základní princip činnosti parních strojů a rozsah jejich použití. V roce 1663 vytiskl návrh a na hradě Raglan instaloval zařízení na zvedání vody na zeď velké věže. Toto zařízení byl poháněn párou (už v 19. století byly ve stěně vidět prohlubně, kde byl motor). Nebyli však žádní lidé ochotní riskovat peníze kvůli tomuto vynálezu, a proto byl další vývoj parního stroje nemožný. Do historie vzniku parního stroje přispěl i francouzský fyzik a vynálezce Denis Papin – pracoval na vytvoření vakua, ale v uzavřeném válci.

Ve spolupráci s nizozemským fyzikem Huygensem pracoval v 70. letech 17. století na sestavě, která by explozí vytlačila vzduch z válce.

Papin viděl neúplnost vakua vytvořeného explozí, takže po příjezdu do Británie v roce 1680 vyvinul stejný válec, ale s pomocí vroucí vody, která tvořila kondenzát ve válci, dosáhl úplnějšího vakua.

S touto jednotkou se mu tedy podařilo pomocí lana přehozeného přes kladku zvednout břemeno připevněné k pístu. Ale stroj fungoval pouze proto, aby demonstroval své schopnosti a pro přepracovat Musel jsem to úplně rozebrat a pak zase složit. Pak si vynálezce uvědomil, že pro automatizaci cyklu je nutné vyrábět páru v samostatném kotli. Díky tomu je Papin považován za vynálezce parního kotle a otevřel tak cestu parnímu stroji Newcomen.

Ale nenabídl kompletní design funkční parní stroj. Papin výrazně přispěl do historie parního stroje tím, že pracoval na návrhu člunu, který byl poháněn tryskovým kolem v kombinaci s vynálezy Severiho a Taqi al-Dina. Připisuje se mu také vynález řady důležitých zařízení, jedním z nich je pojistný ventil.

Ze všech popsaných zařízení pro řešení nezbytných a užitečných úkolů nenalezlo skutečné uplatnění ani jedno. První parní stroj (v celé historii vzniku parního stroje), který přinesl skutečné výhody, vyvinul anglický vojenský inženýr Thomas Savery v roce 1698. Toto provedení je "požární instalace". V roce 1698 na něj Savery získal patent. Obecně se jednalo o pístové čerpadlo, ale spíše neefektivní, protože při chlazení nádoby se ztrácelo teplo páry. Kvůli vysokému tlaku páry občas explodovalo potrubí a motorové nádrže, takže to bylo v provozu extrémně nebezpečné. Tato jednotka se používala v jiných průmyslových odvětvích, ve vodních mlýnech na otáčení kol a v dolech se používala k odčerpávání vody. Proto vynálezce dal návrhu jiný název „horníkův přítel“.

V roce 1712 představil anglický kovář svůj vynález – „atmosférický motor“.

Šlo o vylepšený model Severiho parního stroje, pouze Newcomen v něm výrazně snížil pracovní tlak páry. Poprvé byl tento motor použit k čerpání kapaliny z hlubinného dolu. U tohoto čerpadla je vahadlo připojeno k tahu klesajícímu do komory čerpadla do hřídele. Vratné pohyby tahu přecházely na píst čerpadla, který přiváděl vodu nahoru. Tento parní stroj Newcomen byl prvním motorem v historii vzniku parního stroje, který byl široce používán v praxi. Právě s vynálezem tohoto motoru je spojen začátek průmyslové revoluce ve Velké Británii.

V roce 1763 byl v Rusku vyvinut první vakuový dvouválcový parní stroj.

Navrhl jej mechanik I. I. Polzunov a již v roce 1764 byl postaven.

Použili to v továrnách Barnaul Kolyvano - Resurrection, aby přinesli pracovní podmínky foukací kožešiny.

Dalšími, kdo zvýšili účinnost parních strojů a výrazně se zapsali do historie parního stroje, byli Angličan Richard Trevithick a Američan Oliver Evans. Trevithick postavený jednotakt průmyslové motory vysoký tlak.

Mnohým jsou známy jako „Cornish Engines“. Jejich pracovní tlak byl 50 liber na čtvereční palec, neboli 345 kPa (3,405 atmosfér). Zvýšení tlaku však vedlo ke zvýšení nebezpečí výbuchu v kotlích a strojích, což vedlo k mnoha nehodám. Proto byla jedna z hlavních částí na parních strojích považována za pojistný ventil. Jeho účelem je uvolnit přebytečný tlak. Bezpečné a spolehlivý výkon těchto jednotek začalo s nahromaděním zkušeností a po standardizaci stavebních, provozních a údržbových operací.

Parní motor- tepelný motor s vnějším spalováním, který přeměňuje energii páry na mechanickou práci vratného pohybu pístu a poté na rotační pohyb hřídele. V širším smyslu je parní stroj jakýkoli motor s vnějším spalováním, který přeměňuje energii páry na mechanickou práci.

Horizontální stacionární dvouválcový parní stroj pro pohon továrních převodovek. Konec 19. století Exponát Muzea průmyslové kultury. Norimberk

Význam parních strojů

Jako hnací motor byly použity parní stroje čerpací stanice, lokomotivy, na parních lodích, traktorech, parní vozy a další vozidla. Parní stroje přispěly k širokému komerčnímu využití strojů v podnicích a byly energetickým základem průmyslové revoluce 18. století. Pozdní parní stroje byly nahrazeny motory s vnitřním spalováním, parní turbíny a elektromotory, jejichž účinnost je vyšší.

Parní turbíny, formálně typ parního stroje, jsou stále široce používány jako pohony pro generátory elektrické energie. Přibližně 86 % elektřiny vyrobené na světě se vyrábí pomocí parních turbín.

Princip fungování

K pohonu parního stroje je nutný parní kotel. Expanzní pára tlačí na píst nebo na lopatky parní turbína, jehož pohyb se přenáší na ostatní mechanické části. Jednou z výhod motorů s vnějším spalováním je, že díky oddělení kotle od parního stroje lze použít téměř jakýkoli druh paliva – od hnoje až po uran.

vynález a vývoj

První známé zařízení poháněné párou popsal Hrdina Alexandrie v prvním století. Pára vycházející tangenciálně z trysek upevněných na kouli způsobila, že se koule otáčí. Skutečnou parní turbínu vynalezl mnohem později, ve středověkém Egyptě, arabský filozof, astronom a inženýr Tagi-al-Dinome v 16. století. Navrhl způsob otáčení rožně pomocí proudu páry nasměrovaného na lopatky upevněné na ráfku kola. Podobný stroj navrhl v roce 1629 italský inženýr Giovanni Branca pro otáčení válcového kotevního zařízení, které střídavě zvedalo a uvolňovalo pár paličky v hmoždíři. Proud páry v těchto raných parních turbínách nebyl koncentrován a většina jeho energie byla rozptýlena všemi směry, což vedlo ke značným energetickým ztrátám.

Další vývoj parního stroje však vyžadoval ekonomické podmínky, ve kterých mohli vývojáři motorů zúročit jejich výsledky. Takové podmínky nebyly ani ve starověku, ani ve středověku, ani v renesanci. Až koncem 17. století vznikly parní stroje jako ojedinělé kuriozity. První stroj vytvořil španělský vynálezce Jeronimo Ajans de Beaumont, jehož vynálezy ovlivnily patent T. Severiho (viz níže). Princip činnosti a použití parních strojů popsal v roce 1655 také Angličan Edward Somerset. V roce 1663 publikoval návrh a instaloval parní zařízení pro zvedání vody na zeď Velké věže na zámku Raglan (prohlubně ve zdi, kde byl instalován motor, byly viditelné ještě v 19. století). Nikdo však nebyl ochoten riskovat peníze za tuto revoluční novou koncepci a parní stroj zůstal nevyvinutý. Jedním z experimentů francouzského fyzika a vynálezce Denise Papina bylo vytvoření vakua v uzavřeném válci. V polovině 70. let 17. století v Paříži spolupracoval s nizozemským fyzikem Huygensem na stroji, který vytlačoval vzduch z válce tím, že v něm explodoval střelný prach. Papin, který viděl neúplnost takto vytvořeného vakua, po příjezdu do Anglie v roce 1680 vytvořil verzi téhož válce, ve které získal úplnější vakuum pomocí vroucí vody, která ve válci kondenzovala. Dokázal tak zvednout závaží připevněné k pístu lanem přehozeným přes kladku. Systém fungoval jako demo, ale pro opakování procesu bylo nutné celý aparát rozebrat a znovu složit. Papen rychle pochopil, že pro automatizaci cyklu musí být pára vyráběna odděleně v kotli. Papin je proto považován za vynálezce parního kotle, čímž otevřel cestu parnímu stroji Newcomen. Nenavrhl však návrh provozního parního stroje. Papen také navrhl loď poháněnou tryskovým kolem v kombinaci konceptů Taghi-al-Din a Severi; připisuje se mu také vynález mnoha důležitých zařízení, jako je pojistný ventil.

Žádné z popsaných zařízení nebylo ve skutečnosti použito jako prostředek k řešení užitečných problémů. Prvním parním strojem použitým ve výrobě byl „požární stroj“, navržený anglickým vojenským inženýrem Thomasem Saverym v roce 1698. Severi získal patent na své zařízení v roce 1698. Bylo to pístové parní čerpadlo a zjevně nepříliš účinné, protože teplo páry se ztrácelo při každém ochlazení kontejneru, a při provozu bylo docela nebezpečné, protože kvůli vysokému tlaku páry se nádrže a potrubí motoru někdy explodoval. Vzhledem k tomu, že toto zařízení bylo možné použít jak k otáčení kol vodního mlýna, tak k čerpání vody z dolů, nazval jej vynálezce „horníkův přítel“.

Poté anglický kovář Thomas Newcomen v roce 1712 předvedl svůj „atmosférický motor“. Jednalo se o vylepšený parní stroj Severi, ve kterém Newcomen výrazně snížil provozní tlak páry. První aplikací motoru Newcomen bylo čerpání vody z hlubinného dolu. V důlním čerpadle bylo vahadlo spojeno s tyčí, která se spouštěla ​​do dolu do čerpací komory. Vratné pohyby tahu se přenášely na píst čerpadla, které přivádělo vodu nahoru. Právě Newcomenův motor se stal prvním parním strojem široce využívaným v praxi, se kterým je zvykem spojovat začátek průmyslové revoluce v Anglii. První dvouválcový vakuový parní stroj v Rusku zkonstruoval mechanik I. I. Polzunov v roce 1763 a sestrojil ho v roce 1764 pro pohon dmychadel v továrnách Barnaul Kolyvano-Voskresensky. Dalším zvýšením účinnosti bylo použití vysokotlaké páry (Američan Oliver Evans a Angličan Richard Trevithick). R. Trevithick úspěšně postavil vysokotlaké průmyslové jednodobé motory, známé jako „cornishové motory“. Pracovaly při 50 psi nebo 345 kPa (3,405 atmosfér). S rostoucím tlakem však hrozilo i větší nebezpečí výbuchů strojů a kotlů, což zpočátku vedlo k četným nehodám. Z tohoto pohledu byl nejdůležitějším prvkem vysokotlakého stroje pojistný ventil, který uvolňoval přetlak. Spolehlivý a bezpečný provoz začal až shromažďováním zkušeností a standardizací postupů při stavbě, provozu a údržbě zařízení. Francouzský vynálezce Nicolas-Joseph Cugnot předvedl v roce 1769 první funkční samohybné parní vozidlo: „fardier à vapeur“ (parní vozík). Snad jeho vynález lze považovat za první auto. Parní traktor s vlastním pohonem se ukázal jako velmi užitečný jako mobilní zdroj mechanické energie, který uváděl do pohybu další zemědělské stroje: mlátičky, lisy atd. V roce 1788 již po Delaware pravidelně projížděl parní člun postavený Johnem Fitchem. Řeka mezi Philadelphií (Pennsylvánie) a Burlingtonem (stát New York). Na palubu zvedl 30 cestujících a jel rychlostí 7-8 mil za hodinu. 21. února 1804 byla v železárnách Penydarren v Merthyr Tydfil v jižním Walesu předvedena první železniční parní lokomotiva s vlastním pohonem, kterou postavil Richard Trevithick.

Pístové parní stroje

Pístové motory využívají páru k pohybu pístu v utěsněné komoře nebo válci. Vratný pohyb pístu lze mechanicky převést na lineární pohyb pístová čerpadla nebo v rotačním pohybu k pohonu rotujících částí obráběcích strojů nebo kol vozidel.

vakuové stroje

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. Pravděpodobně je zobrazen druhý motor [hoy]Newcomen instalovaný kolem roku 1714 v dolu Greef v Workshire.

Brzy parní stroje byly nazývány nejprve “požární motory” a také “atmosférický” nebo “kondenzační” motory Watt. Pracovali pro princip vakua a proto také známý jako vakuové motory". Takové stroje fungovaly pro pohon pístových čerpadel, každopádně neexistuje žádný důkaz, že byly používány k jiným účelům. Při provozu parního stroje vakuového typu na začátku parního cyklu nízký tlak se vpouští do pracovní komory nebo válce. Sací ventil poté se uzavře a pára se ochladí a kondenzuje. U motoru Newcomen je chladicí voda rozstřikována přímo do válce a kondenzát uniká do sběrače kondenzátu. Tím se ve válci vytvoří vakuum. Atmosférický tlak v horní části válce tlačí na píst a způsobuje jeho pohyb dolů, tj. výkonový zdvih.

Píst je spojen řetězem s koncem velkého vahadla otáčejícího se kolem jeho středu. Čerpadlo pod zatížením je připojeno řetězem k opačnému konci vahadla, které působením čerpadla samospádem vrací píst na horní část válce. Tak se stane opak. Tlak par je nízký a nemůže působit proti pohybu pístu.

Neustálé chlazení a dohřívání pracovního válce stroje bylo velmi nehospodárné a neefektivní, nicméně tyto parní stroje umožňovaly čerpat vodu z větší hloubky, než bylo možné před jejich objevením. V roce 1774 se objevila verze parního stroje, kterou vytvořil Watt ve spolupráci s Matthew Boultonem, jejíž hlavní inovací bylo odstranění kondenzačního procesu ve speciální oddělené komoře (kondenzátoru). Tato komora byla umístěna do studené vodní lázně a připojena k válci trubicí uzavřenou ventilem. Ke kondenzační komoře byl připojen speciální malý vakuová pumpa(prototyp čerpadla kondenzátu), poháněný vahadlem a sloužící k odvodu kondenzátu z kondenzátoru. Výsledná horká voda byl dodáván speciálním čerpadlem (prototyp napájecího čerpadla) zpět do kotle. Další radikální změnou bylo uzavření horní konec pracovní válec, v jehož horní části byla nyní nízkotlaká pára. Stejná pára byla přítomna v dvojitém plášti válce, který jej podpíral stálá teplota. Při pohybu pístu směrem vzhůru byla tato pára převáděna speciálními trubkami do spodní části válce, aby při dalším zdvihu zkondenzovala. Stroj ve skutečnosti přestal být „atmosférický“ a jeho výkon nyní závisel na tlakovém rozdílu mezi nízkotlakou párou a vakuem, které bylo možné získat.

Wattova verze parního stroje

U parního stroje Newcomen byl píst mazán malým množstvím vody nalité na jeho vrch, u Wattova motoru to bylo nemožné, protože pára byla nyní v horní části válce, bylo nutné přejít na mazání pomocí směs tuku a oleje. Stejné mazivo bylo použito v ucpávce tyče válců.

Vakuové parní stroje, přes zřejmá omezení jejich účinnosti, byly relativně bezpečné, využívaly nízkotlakou páru, což bylo zcela v souladu s obecně nízkou úrovní technologie kotlů 18. století. Výkon stroje byl omezen nízkým tlakem páry, velikostí válce, rychlostí spalování paliva a vypařování vody v kotli a velikostí kondenzátoru. Maximální teoretická účinnost byla omezena relativně malým teplotním rozdílem na obou stranách pístu; udělalo to vakuové stroje, určené pro průmyslové použití, jsou příliš velké a drahé.

Kolem roku 1811 potřeboval Richard Trewitnick vylepšit Wattův stroj, aby jej mohl přizpůsobit novým kotlům Cornish. Tlak páry nad pístem dosahoval 275 kPa (2,8 atmosféry) a právě ona dávala hlavní výkon k dokončení pracovního zdvihu; navíc byl podstatně vylepšen kondenzátor. Takové stroje se nazývaly cornwallské stroje a byly stavěny až do 90. let 19. století. Na tuto úroveň bylo přestavěno mnoho starých strojů Watt. Některé cornwallské stroje byly poměrně velké.

Vysokotlaké parní stroje

U parních strojů vstupuje pára z kotle do pracovní komory válce, kde expanduje, vyvíjí tlak na píst a vytváří užitečná práce. Expandovaná pára pak může být odváděna do atmosféry nebo vstupovat do kondenzátoru. Důležitým rozdílem mezi vysokotlakými stroji a vakuovými stroji je, že tlak odpadní páry je větší nebo roven atmosférickému tlaku, to znamená, že nevzniká vakuum. Odpadní pára měla obvykle tlak nad atmosférickým tlakem a byla často vyhazována do komína, což umožnilo zvýšit tah kotle.

Důležitost zvýšení tlaku par spočívá v tom, že tím získá více vysoká teplota. Vysokotlaký parní stroj tedy pracuje při větší rozdíl teploty, než jaké lze dosáhnout vakuové stroje. Poté, co vysokotlaké stroje nahradily vakuové, staly se základem pro další vývoj a zdokonalování všech pístových parních strojů. Tlak, který byl v roce 1800 považován za vysoký (275-345 kPa), je však nyní považován za velmi nízký – tlak v moderních parních kotlích je desetkrát vyšší.

Další výhodou vysokotlakých strojů je to, že jsou pro daný výkon mnohem menší, a tedy podstatně levnější. Kromě toho může být takový parní stroj dostatečně lehký a kompaktní pro použití na vozidlech. Vzniklá parní doprava (parní lokomotivy, parníky) znamenala revoluci v obchodním a Přeprava cestujících vojenskou strategii a obecně ovlivnil téměř každý aspekt veřejného života.

Schéma horizontálního jednoválcového vysokotlakého parního stroje, dvojí akce. Pomocný náhon se provádí hnacím řemenem:

1 - Píst
2 - Pístnice
3 - Pásový modul
4 - Ojnice
5 - Klikový hřídel
6 - Excentr pro pohon ventilu
7 - Setrvačník
8 - Cívka
9 - Odstředivý regulátor.

Dvojčinné parní stroje

Dalším důležitým krokem ve vývoji vysokotlakých parních strojů byl vznik dvojčinných strojů. U jednočinných strojů se píst pohyboval v jednom směru silou rozpínající se páry, ale zpět se vracel buď vlivem gravitace, nebo vlivem momentu setrvačnosti rotujícího setrvačníku spojeného s parním strojem.

U dvojčinných parních strojů je čerstvá pára přiváděna střídavě na obě strany pracovního válce, zatímco výfuková pára na druhé straně válce vystupuje do atmosféry nebo do kondenzátoru. Vytvořit to dalo dost složitý mechanismus rozvod páry. Princip dvojího působení zvyšuje rychlost stroje a zlepšuje plynulost chodu.

Píst takového parního stroje je spojen s posuvnou tyčí vyčnívající z válce. Na této tyči je připevněna výkyvná ojnice, která pohání kliku setrvačníku. Parní distribuční systém je poháněn jiným klikový mechanismus. Mechanismus distribuce páry může mít reverzní funkci, takže lze změnit směr otáčení setrvačníku stroje.

Dvojčinný parní stroj je zhruba dvakrát výkonnější než klasický parní stroj a může pracovat i s mnohem lehčím setrvačníkem. To snižuje hmotnost a cenu strojů.

Většina pístových parních strojů využívá tento princip činnosti, což je dobře vidět na příkladu parních lokomotiv. Když má takový stroj dva nebo více válců, jsou kliky nastaveny na 90 stupňů, aby bylo zajištěno, že stroj lze spustit v jakékoli poloze pístů ve válcích. Některé kolesové parníky měly jednoválcový dvojčinný parní stroj a museli dávat pozor, aby se kolo nezastavilo v mrtvý střed, tedy v poloze, ve které nelze stroj spustit.

První dvouválcový vakuový parní stroj v Rusku zkonstruoval mechanik I.I. Polzunov v roce 1763 a postaven v roce 1764 v Barnaul. James Watt, který byl členem komise pro přijetí Polzunovova vynálezu, získal patent na parní stroj v Londýně v dubnu 1784 a je považován za jeho vynálezce!

Polzunov, Ivan Ivanovič

- mechanik, který zařídil první parní stroj v Rusku; syn vojáka jekatěrinburských těžařských společností, v deseti letech nastoupil do jekatěrinburské aritmetické školy, kde kurz zakončil s titulem strojník. Mezi několika mladými lidmi byl Polzunov poslán do Barnaulu do státních důlních závodů, kde byl v roce 1763 vrchním mistrem. Polzunov, který se zabýval konstrukcí strojů s vodními motory používaných v hutích a dolech, upozornil na obtížnost uspořádání takových strojů v oblastech vzdálených od řek a usadil se na myšlence použití páry jako motoru. Existují určité důkazy, které naznačují, že tato myšlenka ho nenapadla nezávisle, ale pod vlivem Schlatterovy knihy: „Podrobný návod k těžbě“ (St. Petersburg, 1760), v jejíž desáté kapitole je první ruský popis tzv. parní stroj, jmenovitě stroj Newcomen. Polzunov se energicky chopil realizace svého nápadu, začal studovat sílu a vlastnosti vodní páry, kreslil výkresy a dělal modely. Přesvědčen, po zdlouhavém bádání a pokusech o možnosti nahradit hnací sílu vody silou páry a dokázat to na modelech, obrátil se Polzunov v dubnu 1763 na vedoucího továren Kolyvano-Voskresenského generálmajora A. I. Porošina s. dopis, ve kterém , nastíní motivy, které ho přiměly najít novou sílu, požádal o finanční prostředky na stavbu jím vynalezeného „ohnivého stroje“. Polzunovův projekt byl nahlášen kabinetu Jejího Veličenstva s žádostí o uvolnění částky potřebné na stavbu stroje. Podle zprávy kabinetu následoval dekret Kateřiny II., kterým "pro větší povzbuzení" udělila Polzunovovi mechanikům plat a hodnost inženýrského kapitána-poručíka, nařídila vydat 400 rublů jako odměna. a poukázal na to, „pokud ho v továrnách nepotřebují, pošlete ho se stříbrem do Petrohradu“ na dva nebo tři roky do Akademie věd, aby si doplnil vzdělání. Úřady ale Polzunova nenechaly odejít a požádaly, aby byl na nějakou dobu poslán do Akademie věd ke zrušení, „protože je ho tady krajně potřeba, aby se do praxe dostal ten stroj fungující ve dvojicích“. S ohledem na to musel Polzunov zůstat na Sibiři až do konce případu. Do té doby bylo odloženo i vydání výše zmíněných 400 rublů. Byly mu uvolněny podle odhadu, který mu byl předložen, potřebné částky a materiál a dostal příležitost zahájit stavbu. To již 20. května 1765 hlásil Polzunov přípravné práce dokončena a že stroj bude uveden do provozu v říjnu téhož roku. Ale tou dobou nebylo auto připravené. Množství nepředvídaných obtíží a nezkušenost dělníků zpomalila postup prací. Mnoho materiálů potřebných ke stavbě stroje se navíc na Sibiři nepodařilo sehnat. Musel jsem je vypsat z Jekatěrinburgu a očekávat, že budou odeslány během několika měsíců. V prosinci 1765 Polzunov dokončil vůz a utratil za něj 7435 rublů. 51 kop. Svůj vynález však neviděl v praxi. Test vozu byl v Barnaulu naplánován na 20. května 1766 a 16. května téhož roku již Polzunov zemřel „na těžké krvácení z hrtanu“. Polzunovův stroj pod vedením jeho studentů Levzina a Černitsina během dvou měsíců roztavil 9335 položek zmeinogorských rud v Barnaulu, ale brzy byl jeho provoz v Barnaulu ukončen „jako nepotřebný“ a nejsou informace, zda byl použit na ty, kteří neměl vodní motory Závod Zmeinogorsk a důl Semenovskij, kam to původně zamýšlel sám vynálezce a jeho nadřízení, V roce 1780 byl „stroj sestrojený Polzunovem, provozovaný na páru, a konstrukce rozbity“. V Barnaulském hornickém muzeu je model Polzunovova stroje. Polzunovovi nelze připsat, jak to někteří dělají, čest, že vynalezl první parní stroj. Přesto byl Polzunovův stroj ve skutečnosti prvním parním strojem vyrobeným v Rusku, který nebyl objednán ze zahraničí; použití parního stroje v roce 1765 nikoli pro zvedání vody, ale pro jiný průmyslový účel, by mělo být považováno za samostatný vynález, protože v Anglii bylo poprvé použito parního stroje pro čerpání vzduchu až v roce 1765.

Možnosti využití parní energie byly známy již na počátku našeho letopočtu. Potvrzuje to zařízení zvané Heronův aeolipil, které vytvořil starořecký mechanik Heron z Alexandrie. Starověký vynález lze připsat parní turbíně, jejíž koule se otáčela silou trysek vodní páry.

Upravit páru pro provoz motorů bylo možné v 17. století. Takový vynález dlouho nepoužívali, ale významně přispěl k rozvoji lidstva. Historie vynálezu parních strojů je navíc velmi fascinující.

pojem

Parní stroj se skládá z tepelný motor vnější spalování, které z energie vodní páry vytváří mechanický pohyb píst, který zase otáčí hřídelí. Výkon parního stroje se obvykle měří ve wattech.

Historie vynálezu

Historie vynálezu parních strojů je spjata se znalostmi starověké řecké civilizace. Na dlouhou dobu nikdo nepoužíval díla této doby. V 16. století byl učiněn pokus o vytvoření parní turbíny. V Egyptě na tom pracoval turecký fyzik a inženýr Takiyuddin ash-Shami.

Zájem o tento problém se znovu objevil v 17. století. V roce 1629 Giovanni Branca navrhl svou vlastní verzi parní turbíny. Vynálezy se však ztratily velký počet energie. Další vývoj si vyžádal odpovídající ekonomické podmínky, které se projeví později.

První člověk, který vynalezl parní stroj, je Denis Papin. Vynálezem byl válec s pístem stoupajícím vlivem páry a klesajícím v důsledku jeho ztluštění. Zařízení Saveryho a Newcomena (1705) měly stejný princip činnosti. Zařízení sloužilo k odčerpávání vody z důlních děl při těžbě nerostů.

Wattovi se v roce 1769 podařilo zařízení konečně vylepšit.

Vynálezy Denise Papina

Denis Papin byl vystudovaný lékař. Narodil se ve Francii a v roce 1675 se přestěhoval do Anglie. Je známý mnoha svými vynálezy. Jedním z nich je tlakový hrnec, kterému se říkalo „Papenovův kotel“.

Podařilo se mu odhalit vztah mezi dvěma jevy, a to teplotou varu kapaliny (vody) a tlakem, který se objevuje. Díky tomu vytvořil utěsněný kotel, uvnitř kterého se zvýšil tlak, díky čemuž se voda vařila později než obvykle a zvýšila se teplota zpracování produktů v ní umístěných. Tím se zvýšila rychlost vaření.

V roce 1674 vytvořil lékařský vynálezce práškový motor. Jeho práce spočívala v tom, že při vznícení střelného prachu se ve válci pohyboval píst. Ve válci se vytvořilo mírné vakuum a atmosférický tlak vrátil píst na své místo. Výsledné plynné prvky vystupovaly ventilem a zbývající byly ochlazeny.

Do roku 1698 se Papinovi podařilo vytvořit jednotku založenou na stejném principu, pracující nikoli na střelném prachu, ale na vodě. Tak vznikl první parní stroj. Navzdory výraznému pokroku, ke kterému mohla myšlenka vést, nepřinesla svému vynálezci výrazné výhody. Bylo to způsobeno tím, že již dříve jiný mechanik Savery patentoval parní čerpadlo a do té doby ještě nepřišli s jinou aplikací pro takové jednotky.

Denis Papin zemřel v Londýně v roce 1714. Navzdory tomu, že první parní stroj vynalezl právě on, opustil tento svět v nouzi a osamělosti.

Vynálezy Thomase Newcomena

Úspěšnější z hlediska dividend byl Angličan Newcomen. Když Papin vytvořil svůj stroj, Thomasovi bylo 35 let. Pečlivě studoval práce Saveryho a Papina a dokázal pochopit nedostatky obou návrhů. Od nich si vzal všechny nejlepší nápady.

Již v roce 1712 ve spolupráci se sklářským a instalatérským mistrem Johnem Calleym vytvořil svůj první model. Pokračovala tak historie vynálezu parních strojů.

Vytvořený model můžete stručně vysvětlit následovně:

• Konstrukce kombinovala svislý válec a píst, jako má Papin.
• Tvorba páry probíhala v samostatném kotli, který fungoval na principu stroje Savery.
• Těsnosti v parním válci bylo dosaženo díky kůži, která byla pokryta pístem.

Jednotka Newcomen získávala vodu z dolů pomocí atmosférického tlaku. Stroj se vyznačoval solidními rozměry a k provozu vyžadoval velké množství uhlí. Přes tyto nedostatky se Newcomenův model používal v dolech půl století. Umožnil dokonce znovuotevření dolů, které byly opuštěny kvůli záplavám spodní vody.

V roce 1722 prokázal Newcomenův nápad svou účinnost tím, že během pouhých dvou týdnů odčerpal vodu z lodi v Kronštadtu. Systém větrných mlýnů by to mohl zvládnout za rok.

Vzhledem k tomu, že stroj vycházel z raných verzí, nepodařilo se na něj anglickému mechanikovi získat patent. Designéři se snažili vynález uplatnit pro pohyb vozidlo, ale neúspěšně. Tím historie vynálezu parních strojů neskončila.

Wattův vynález

První vynalezené zařízení kompaktní rozměry, ale dost silný, Jamesi Watte. Parní stroj byl první svého druhu. Mechanik z univerzity v Glasgow v roce 1763 začal opravovat parní stroj Newcomen. V důsledku opravy pochopil, jak snížit spotřebu paliva. K tomu bylo nutné udržovat válec v neustále zahřátém stavu. Wattův parní stroj však nemohl být připraven, dokud nebyl vyřešen problém s kondenzací páry.

Řešení přišlo, když kolem prádelen procházel mechanik a všiml si obláček páry vycházejících zpod vík kotlů. Uvědomil si, že pára je plyn a musí cestovat ve válci se sníženým tlakem.

Dosažení těsnosti uvnitř parní válec s pomocí konopného lana napuštěného olejem se Watt dokázal vzdát atmosférického tlaku. To byl velký krok vpřed.

V roce 1769 získal mechanik patent, který uváděl, že teplota motoru v parním stroji se bude vždy rovnat teplotě páry. Záležitosti nešťastného vynálezce se však nevyvíjely podle očekávání. Byl nucen zastavit patent na dluh.

V roce 1772 se setkal s Matthew Boltonem, který byl bohatým průmyslníkem. Koupil a vrátil Wattovi jeho patenty. Vynálezce se vrátil do práce, podporovaný Boltonem. V roce 1773 byl Wattův parní stroj testován a ukázal, že spotřebuje uhlí mnohem méně než jeho protějšky. O rok později začala výroba jeho vozů v Anglii.

V roce 1781 se vynálezci podařilo patentovat svůj další výtvor – parní stroj pro pohon průmyslových strojů. Všechny tyto technologie časem umožní pohyb vlaků a parníků pomocí páry. Člověku to úplně změní život.

Jedním z lidí, kteří mnohým změnili život, byl James Watt, jehož parní stroj urychlil technologický pokrok.

Polzunovův vynález

Návrh prvního parního stroje, který mohl pohánět různé pracovní mechanismy, vznikl v roce 1763. Vyvinul jej ruský mechanik I. Polzunov, který pracoval v důlních závodech na Altaji.

Šéf továren byl s projektem seznámen a dostal souhlas k vytvoření zařízení z Petrohradu. Parní stroj Polzunov byl uznán a práce na jeho vytvoření byla svěřena autorovi projektu. Ten chtěl nejprve sestavit miniaturní model, aby identifikoval a odstranil případné nedostatky, které nejsou vidět na papíře. Dostal však příkaz, aby začal stavět velký výkonný stroj.

Polzunovovi byli poskytnuti pomocníci, z nichž dva inklinovali k mechanikům a dva měli vykonávat pomocné práce. Stavba parního stroje trvala jeden rok a devět měsíců. Když byl Polzunovův parní stroj téměř hotový, onemocněl spotřebou. Tvůrce zemřel pár dní před prvními testy.

Všechny akce ve stroji probíhaly automaticky, mohl pracovat nepřetržitě. To se prokázalo v roce 1766, kdy dirigovali Polzunovovi studenti poslední test. O měsíc později bylo zařízení uvedeno do provozu.

Auto nejen vrátilo vynaložené peníze, ale také přineslo zisk svým majitelům. Na podzim kotel začal vytékat a práce se zastavily. Jednotku bylo možné opravit, ale to nezajímalo vedení továrny. Auto bylo opuštěno a o deset let později bylo rozebráno jako nepotřebné.

Princip fungování

Pro provoz celého systému je nutný parní kotel. Vzniklá pára expanduje a tlačí na píst, což má za následek pohyb mechanických částí.

Princip fungování je nejlépe prostudovat pomocí obrázku níže.

Pokud nebudete malovat detaily, pak práce parního stroje spočívá v přeměně energie páry na mechanický pohyb pístu.

Účinnost

Účinnost parního stroje je dána poměrem užitečné mechanické práce ve vztahu k množství vynaloženého tepla, které je obsaženo v palivu. Nebere v úvahu energii, která se uvolňuje životní prostředí jako teplo.

Účinnost parního stroje se měří v procentech. Praktická účinnost bude 1-8%. V přítomnosti kondenzátoru a rozšíření průtokové cesty se může indikátor zvýšit až o 25%.

Výhody

Hlavní výhodou parního zařízení je, že kotel může jako palivo využívat jakýkoli zdroj tepla, jak uhlí, tak uran. Tím se výrazně odlišuje od spalovacího motoru. V závislosti na typu posledně jmenovaného je vyžadován určitý druh paliva.

Historie vynálezu parních strojů ukázala výhody, které jsou patrné dodnes, protože pro parní protějšek lze využít jadernou energii. Jaderný reaktor sám o sobě nedokáže přeměnit svou energii na mechanickou práci, ale je schopen generovat velké množství tepla. Z ní se pak vytváří pára, která uvede auto do pohybu. Stejným způsobem lze využít i solární energii.

Parní lokomotivy fungují dobře vysoká nadmořská výška. Efektivita jejich práce netrpí nízkým atmosférickým tlakem v horách. V horách Latinské Ameriky se stále používají parní lokomotivy.

V Rakousku a Švýcarsku se používají nové verze parních lokomotiv na suchou páru. Ukazují se vysoká účinnost díky mnoha vylepšením. Jsou nenáročné na údržbu a jako palivo spotřebovávají lehké ropné frakce. V ekonomických ukazatelích jsou srovnatelné s moderními elektrickými lokomotivami. Parní lokomotivy jsou přitom mnohem lehčí než jejich dieselové a elektrické protějšky. Tento velká výhoda v horských podmínkách.

Nedostatky

Mezi nevýhody patří především nízká účinnost. K tomu je třeba přičíst objemnost provedení a nízkou rychlost. Zvláště patrné to bylo po nástupu spalovacího motoru.

aplikace

Kdo vynalezl parní stroj, je již známo. Zbývá zjistit, kde byly použity. Až do poloviny dvacátého století se parní stroje používaly v průmyslu. Používaly se také pro železniční a parní dopravu.

Továrny, které provozovaly parní stroje:

• cukr;
• zápas;
• papírny;
• textil;
• potravinářské podniky (v některých případech).

Součástí tohoto vybavení jsou i parní turbíny. Generátory elektřiny s jejich pomocí stále fungují. Asi 80 % světové elektřiny se vyrábí pomocí parních turbín.

V době, kdy byly vytvořeny různé druhy vozidla na parní pohon. Některé se kvůli nevyřešeným problémům neujaly, jiné fungují dodnes.

Parní pohon:

• automobil;
• traktor;
• rypadlo;
• letoun;
• lokomotiva;
• plavidlo;
• traktor.

Taková je historie vynálezu parních strojů. Zvažte krátce dobrý příklad závodní auto Serpolle, vytvořený v roce 1902. Stanovil světový rychlostní rekord, který na souši činil 120 km za hodinu. To je proč parní vozy byly konkurenceschopné s ohledem na elektrické a benzínové protějšky.

V roce 1900 se tedy v USA vyrábělo nejvíce parních strojů. Na silnicích se potkávali až do třicátých let dvacátého století.

Většina těchto vozidel se stala neoblíbenou po nástupu spalovacího motoru, jehož účinnost je mnohem vyšší. Takové stroje byly hospodárnější, přitom lehké a rychlé.

Steampunk jako trend éry parních strojů

Když už jsme u parních strojů, rád bych zmínil oblíbený směr – steampunk. Termín se skládá ze dvou anglická slova- „pára“ a „protest“. Steampunk je druh sci-fi, který se odehrává v druhé polovině 19. století ve viktoriánské Anglii. Toto období v historii je často označováno jako Age of Steam.

Všechny práce mají jeden rozlišovací znak- vyprávějí o životě 2. poloviny 19. století, styl vyprávění zároveň připomíná román H. G. Wellse "Stroj času". Pozemky popisují městskou krajinu, veřejné budovy, technologie. Zvláštní místo mají vzducholodě, veteránů, rozmarné vynálezy. Všechny kovové části byly upevněny nýty, protože svařování ještě nebylo použito.

Termín „steampunk“ vznikl v roce 1987. Jeho popularita je spojena s výskytem románu " rozdílový motor". Napsali ji v roce 1990 William Gibson a Bruce Sterling.

Na začátku 21. století bylo tímto směrem propuštěno několik slavných filmů:

• "Stroj času";
• "Liga výjimečných";
• "Van Helsing".

K předchůdcům steampunku patří díla Julese Verna a Grigorije Adamova. Zájem o tento směr se čas od času projevuje ve všech sférách života - od kina až po každodenní oblečení.