2.1 Развитие универсального двигателя

Универсальный тепловой двигатель, потребность в котором « в значительной степени явилась следствием развития мануфактурного производства», можно рассматривать как начальный этап в развитии электроэнергетики. В развитии универсального двигателя, в свою очередь, можно выделить три этапа:

- Двигатель неотделим от исполнительного механизма (или рабочей машины). Устройством такого рода, в котором двигатель конструктивно слит с потребителем энергии, является паровой водоприёмник англичанина Томаса Сэветри (1650-1715);

- Двигатель конструктивно обособлен от рабочей машины - потребителя энергии, но ещё не становится вполне самостоятельным;

- Двигатель становится самостоятельным универсальным двигателем.

В качестве примера третьего этапа в развитии универсального двигателя можно привести усовершенствованный Томасом Ньюкоменом (1663-1729) паровой насос. Следует отметить, что паро атмосферные машины и Сэвери и Ньюкомена «были громоздки и имели малый коэффициент полезного действия (около 0,3%)». Помимо этого, тепловой двигатель частного назначения, отдававший работу непрерывно, был непригоден для привода разнообразных новых рабочих машин, ведь главными требованиями к универсальному двигателю в то время ставились: возможность отдавать работу непрерывно (для чего необходим был передаточный механизм, который непрерывно воспринимает механическую работу от рабочего тела двигателя) и возможность принимать конкретные, частные формы, в зависимости от потребностей производства.

Возможностями решения главной из перечисленных задач - получения непрерывной отдачи работы потребителю-были применение: роторного двигателя, потенциального и кинематического механического аккумулирования, двигателя двойного действия (в цилиндре которого имеются две рабочие полости, разделенные движущимся поршнем) и многоцилиндрового двигателя.

В роторном (турбинном) двигателе периодичность отдачи работы от рабочего тела не вызывает периодичности в работе двигателя. Это достигается тем, что рабочее тело, отдавая механическую работу деталям двигателя, само движется так, что его состояние в каждой точке двигателя остаётся неизменным. В поршневом двигателе цикл рабочего тела совпадает с циклом движения рабочих частей двигателя. В турбинном двигателе рабочее тело (пар) меняет свое состояние, проходя через турбину, но в каждой её точке имеет одно и то же состояние, поэтому термодинамический цикл рабочего тела не вызывает цикличности работы двигателя.

Однако турбинный двигатель был совершенно неприемлем в XVIII веке, поскольку паровая турбина - двигатель весьма быстроходный. Освоение этой быстроходности было не под силу технике того времени, и, кроме того, не было создано материальных условий для решения задачи о паровой или газовой турбине.

Многоцилиндровый двигатель (с числом цилиндров не менее двух) даёт возможность суммировать развиваемую в отдельных цилиндрах работу на общем валу таким образом, чтобы период отдачи работы одним из цилиндров совпадал по времени с периодом потребления её другим. Метод суммирования работы двух цилиндров был впервые предложен и детально разработан И.И.Ползуновым (1728-1766), поставившим задачей создание «двигателя, способного заменить гидравлические колеса для различных производственных целей».

Двигатель, предложенный в 1763 году Ползуновым, мог приводить в действие орудия, непрерывно потребляющие энергию, поскольку в нем имелись две цепи, передающие работу непрерывно в двух направлениях; он не ограничивал выбор направления движения орудия, так как не использовал силу тяжести; а также позволял изменять размах и усилие путем подбора необходимых диаметров передающих шкивов. Кроме того, впервые в конструкции Ползунова тепловой двигатель был в состоянии осуществить групповой привод. Но надо отметить низкую экономичность этого двигателя, его «коэффициент полезного действия около 1%, а расход дров достигал 25 кг/л.с. в час».

Однако в феодально-крепостнической России не было экономической базы для внедрения паровых двигателей. Поэтому после героического труда Ползунова строительство паровых машин в России не велось более полстолетия».