Лекции / Лекция 1

Лекция №1

Обзор исследований использования силы пара от древних времен до наших дней

1

2

Герон Александрийский

Эолипил - Эол (греческий бог ветров) и пилос (сфера), 62 г. Н.Э.

3

Эoлипил был скoнстрyирoвaн слeдyющим oбрaзoм. В нижнюю ёмкoсть зaливaлaсь вoдa. Зaтeм рaзвoдился кoстёр. Вoдa пoднимaлaсь пo трyбкaм (пaрoпрoвoдaм) и выхoдилa в видe пaрa, a зaoднo привoдилa в движeниe сaм

шaр, кoтoрый врaщaлся с бeшeнoй для тoгo врeмeни скoрoстью.

https://youtu.be/RDABtbUXzYs

https://youtu.be/VlhDj_ou4ew

4

Jeronimo de Ayanz y Beaumont (1606) (Испания)

построил первый современный паровой двигатель в 1606 году. Его изобретением был водяной насос с паровым приводом, используемый для осушения затопленных шахт. Это, вероятно, был первый пример технологии,

использующей паровую энергию для решения полезных и практичных задач

5

Tomas Savery (1698), Англия

Машина Севери — это паровой насос, а не двигатель: в нём не было цилиндра с поршнем, который при своем перемещении приводил бы что-то в движение. Самое важное в этом устройстве было то, что пар для работы насоса образовывался в отдельном котле. Происходило это так. В котле, который непрерывно топили, образовывался пар. Открывая кран на трубе, можно было впускать пар в насосный резервуар. От него отходили две трубы: одна (всасывающая) опускалась в шахту, другая (нагнетательная) проходила в сточный жёлоб.

Когда в резервуар пускали пар, он начинал выталкивать имеющуюся в нём воду по нагнетательной трубе в сточный жёлоб. Главным недостатком конструкции, снижавшим её эффективность, было то, что поступающий в резервуар пар, контактировал с холодной водой из шахты(<100°C) при этом по принципу холодной стенки мгновенно конденсируясь, нагревая шахтную воду, и не совершая работы пока поверхностный слой не прогревался до 100°С, эффективность устройства была бы повышена если б на поверхности воды плавал разделительный теплоизолирующий круг(скажем деревянный), быстро нагреваемый паром независимо от температуры выталкиваемой воды. Благодаря такому решению, описанный недостаток отсутствовал в машине Д.Папена, однако в ней отсутствовал высокоэффективный такт конденсации пара. Затем подачу пара прекращали и по специальной трубке впускали в резервуар холодную воду. Пар конденсировался, превращаясь в воду, и занимал небольшой объём, то есть в резервуаре образовалось пониженное давление. Вода шахты вытеснялась атмосферным давлением, направлялась по всасывающей трубе в «пустой» резервуар. На всасывающей и нагнетательных трубах были установлены клапаны, пропускали воду только из шахты в резервуар и из резервуара в сточный жёлоб, в обратном же направлении они воду не пропускали.

6

Giovann i Brance in 1629 (Италия)

Следующее заметное достижение в области технологий получения пара было создано Джованни Бранкой в 1629 году, когда он экспериментировал со струей пара, вращая модифицированное водяное колесо. Колесо успешно вращалось с помощью силы пара; однако вырабатывалось недостаточно энергии для выполнения полезной работы. С этого момента многие изобретатели экспериментировали с паровыми машинами, которые не обязательно были тем, что мы бы назвали турбинами.

7

Thomas Newcomen (1705), Англия

За основу машины был взят принцип парового котла, в котором паровой цилиндр с насосом были конструктивно вынесены за пределы самого котла. Работала машина за счёт

того, что внутри цилиндра перемещался поршень, связанный с одним концом балансира, в то время как другой конец балансира соединялся со штангами водоотливного насоса. Пар, поступающий в цилиндр из котла, поднимал поршень, а атмосферное давление заставляло поршень опускаться и, соответственно, связанные с поршнем насосные штанги периодически поднимались вверх и опускались вниз, совершая полезную работу по откачиванию воды. Излишки пара выходили из котла через предохранительный клапан.

В вакуумной машине Ньюкомена рабочий ход осуществлялся не высоким давлением пара, а вакуумом, образующимся после впрыска воды. Низкое давление вакуума делало вакуумную машину менее опасной, чем машина высокого давления, но значительно уменьшало к.п.д. и мощность двигателя.

Мощность машины Ньюкомена была 8 л. с., что обеспечивало подъём воды с глубины 80 метров и расходовала 25 кг угля в час на 1 л. с.[4][5] Опыты с паровым насосом Ньюкомен начал с 1705 года[2] и совершенствовал его примерно десять лет, пока он не начал работать исправно (1712)[

8

James Watt (1765), Англия

Усовершенствование Уаттом конструкции Ньюкомена включало изменение механизма распыления воды для повышения эффективности. Для создания эффективного парового двигателя Уотт определил, что паровой цилиндр должен быть настолько горячим, насколько это возможно, и что конденсация пара должна происходить в отдельном сосуде, что ознаменовало рождение конденсатора.

Изобретения Уатта запустили процесс промышленной революции в Англии, а затем и во всём мире.

9

Иван Ползунов (1763-1765, Россия)

Паровая машина Ползунова была первым в мире двухцилиндровым двигателем с работой цилиндров на один общий вал

В 1764 г. Ползунов приступил к строительству машины. Ее размеры впечатляли — металлическая махина собиралась в «машинной хоромине»,

высотой в 18,5 метра, при этом некоторые детали агрегата весили более двух с половиной тонн. Сохранившиеся чертежи позволяют понять принцип работы первой в мире паровой машины. Вода разогревалась в котле,

склепанном из металлических листов. Пар поступал через распределительные устройства в два вертикальных трехметровых цилиндра,

поршни которых действовали на коромысла. Эти коромысла были связаны с мехами для поддува рудоплавильных печей, а также с водяными насосами-

распределителями. Котел автоматически снабжался подогретой водой. Было предусмотрено использование отработанного пара.

10