Мысль паровой пушки Архимеда была реализована спустя полтысячелетия после того, как ее выложил в собственных записных книгах Леонардо да Винчи. Паровая катапульта дает дополнительный исходный импульс самолету, взлетающему с палубы авианосца. Фото: U.S. Navy/Mass Communication Specialist 3rd Class Dominique M.Lasco
О самых старых попытках «приручить» энергию пара знал ещё Леонардо да Винчи (Leonardo di ser Piero da Vinci, 1452–1519). В его записных книгах есть страничный кусок о подобии паровой машины — поточнее, паровой пушки, «архитронито», — которую в III веке до новейшей эпохи пробовал сделать ещё Архимед Сиракузский (Archimedes Syracusanus, Αρχιμήδης, ca. 287 – ca. 211 до н.э.). В ней сила сжатого пара использовалась для того, чтоб вытолкнуть каменное ядро, и исходя из убеждений практического и поболее мирного внедрения эолипил Герона Александрийского (Hero Alexandrinus, Ήρων ο Αλεξανδρεύς, ca. 10–70) был бы существенно полезнее: согласно легенде, пар, вырывавшийся из котла через особенным образом изогнутые трубки, заставлял сам котел крутиться на оси, приводя в действие лебедку для подъема дров к одному из чудес света — большому маяку Александрии Египетской. Но как можно судить, эолипил не был построен во времена античности, и Леонардо да Винчи ничего о нем не было понятно. Эра пара началась существенно позднее!На роль изобретателя паровой машины у нескольких наций есть свои претенденты. В Рф это, как понятно, Иван Иванович Ползунов (1728—1766), в англо-саксонском мире — Джеймс Уатт (James Watt, 1736–1819), а у французов — Дени Папен (Denis Papin, 1647–1712, по другим источникам 1714). Надеясь, сначала, всего только обеспечить людей более здоровым питанием, в 1680 году он представил Лондонскому Царскому обществу прототип сегодняшней кастрюли-скороварки: герметично закрывавшийся 2-мя винтами «Котел для выварки костей» (A New Digestor or Engine for Softening Bones). При всем этом, так как сжатый в замкнутом пространстве жаркий пар, очевидно, не только лишь отменно обрабатывал кости, да и угрожал порвать даже самую крепкую оболочку котла, Папену пришлось оснастить свое изобретение опять-таки первым в мире предохранительным клапаном, временами автоматом «стравливавшим» опасное лишнее давление.
Эолипил Герона Александрийского, по-видимому, так никогда и не был сделан. Но принцип его деяния так изящен, что его изображения скитаются по книжкам о технической мысли Античности в протяжении уже практически 2-ух веков
Профессионального от природы исследователя не могла не увлечь открывшаяся ему могучая сила. Десятилетие спустя, в 1690 году, уже будучи доктором Марбургского института (Philipps-Universität Marburg), он разработал проект «пароатмосферного двигателя». Пар от закипавшей в котле воды был должен уже не столько вырываться бесцельно через предохранительный клапан, сколько — толкать ввысь размещавшийся снутри такого же самого котла поршень, к которому через выведенный наружу шток могли присоединяться разные механизмы — к примеру, насосы, откачивавшие воду из глубочайших шахт, или, напротив, причудливо вздымавшие над землей фонтаны создававшейся именно в этот момент, начиная с 1682 года, новейшей резиденции французских правителей — Версаля. При подъеме поршня к самой высочайшей точке котла Папен предлагал впрыскивать прямо в котел прохладную воду: пар бы остывал, его давление — понижалось, поршень под своей тяжестью опускался бы вниз, впрыснутая прохладная вода тем временем бы грелась, — и все повторялось бы опять.
Таковой движок, реально сделать и испытать который самому Папену, к огорчению, не удалось, в принципе мог действовать, но — совершая менее 1-го рабочего хода поршня за минуту. Тем временем, в 1698 году британец Томас Севери (Thomas Savery, 1650–1715) запатентовал «пароатмосферный насос» в виде просто узенькой и высочайшей вертикальной трубы, при нагревании которой снизу налитая вовнутрь вода, закипая, подымалась, отчасти выливаясь через отверстие вверху на лопасти стародавнего колеса, с которым уже соединялись механизмы.
Меж иным, аналогичный принцип подъема воды кипячением употребляется сейчас в одной из разновидностей кофеварок, придающей, как говорят гурманы, совсем особый вкус напитку.
На рубеже XVII и XVIII веков сделать паровой насос пробовали, с переменным фуррором, такие выдающиеся ученые, как голландец Христиан Гюйгенс и Готфрид Лейбниц из Германии. Более же успешной, получившей распространение на шахтах, оказалась конструкция, патентованная в 1705 году британцем Томасом Ньюкоменом (Thomas Newcomen, 1663–1729).
Как и в неосуществленном проекте Папена 1690 года, поршень двигался снутри парового котла, но, по мере приближения к высочайшей точке, автоматом открывал, через систему дополнительных рычагов, подачу прохладной воды в место НАД поршнем, отчего пар охлаждался не настолько резко, обеспечивая сравнимо надежную и долговременную работу мотора в целом. Задумчиво проанализировав этот и другие подобные планы, Дени Папен написал в 1707 году, пожалуй, главный труд всей собственной жизни: «Новое искусство отлично подымать воду на высоту с помощью огня» («Ars nova ad aquam ignis adminiculo efficacissime elevandam»). Там в первый раз предлагалось отделить котел от цилиндра с поршнем, связав их только сравнимо узкой трубкой-паропроводом. В итоге поршень и котел переставали зависеть один от другого по конфигурации и размерам: котел не требовалось более «вытягивать» по вертикали для роста рабочего хода, а поршень — делать череcчур огромным и, соответственно, мощным. Не достаточно того: пар из 1-го котла мог подаваться — сразу либо попеременно — в несколько цилиндров: пока поршень 1-го совершал рабочий ход, другой — ворачивался в начальное положение, придавая движку в целом невообразимые до этого плавность и эффективность работы.
Иллюстрации и фронтиспис книжки Дени Папена о его «скороварке». Кулинария была одной из страстей юного помощника величавого Роберта Бойля, и он стремился перевоплотить физическое оборудование лаборатории последнего в утварь для сверхтехнологичной кухни
Репродукция: из архива Библиотеки Конгресса США
За этими разработками внимательно наблюдали и в только начинавшей тогда промышленное развитие нашей Рф. Понятно, например, что экземпляр упоминавшегося выше «пароатмосферного насоса» Севери был приобретен лично государем-реформатором Петром I и выставлен на всеобщее обозрение в Летнем Саду основанного только незадолго перед тем Санкт-Петербурга. Читал иностранную научно-техническую литературу, обучаясь на горного мастера, также Ползунов, получивший предназначение в Барнаул и твердо вознамерившийся «пресечь водяное руководство», «облегчив труд по нас грядущим», другими словами — будущим поколениям, созданием «огненного двигателя» своей конструкции! «Сей вымысел за новое изобретение почесть должно», — констатировали правительственные бюрократы, осмотрев представленную им Ползуновым в 1763 году модель таковой машины. Пар из медного котла был должен автоматом — благодаря смышленой системе рычагов — направляться то в один, то в другой из 2-ух вертикальных медных цилиндров, а потом, продвинув поршень до верхнего положения, отводиться, используясь ещё и для дополнительного обогрева котла: так Ползунов заодно изобрел конструкцию, получившую потом обширное распространение в теплотехнике под заглавием «экономайзера».
Меры, предпринятые в XVIII веке для того, чтоб «избегнуть разрушения» паровой машины Ползунова, привели к ее полному уничтожению. И только полтора столетия спустя, в 40-х годах ХХ века, она была реконструирована по уцелевшим чертежам. Фото с веб-сайта Барнаульский Городской Портал
Настолько сложную, новаторскую для собственного времени машину, по здавому разумению, следовало бы сделать для начала маленький, равномерно устраняя выявляемые недочеты и совершенствуя конструкцию. Но поддержавшие Ползунова руководители большого барнаульского завода добивались сразу строить «большое тело» для решения определенной задачки: нагнетания воздуха в металлургические плавильные печи. В спешке и последнем напряжении всех сил изобретатель, к огорчению, заразился практически косившим тогда «работных людей» туберкулезом, отчего погиб всего за неделю до начала испытаний, не успев толком приготовить учеников-продолжателей собственного дела.
Все же 6 мая 1766 года «огненный двигатель» был удачно приведен в действие прежними подмастерьями Ползунова — Дмитрием Левзиным и Иваном Черницыным, проработав потом в общей трудности 95 дней. Машина Ползунова совершала 10 рабочих циклов за минуту против всего 4 практически у всех современных ей забугорных аналогов, что позволило заводчикам за всего-то три месяца работы нового мотора не только лишь сполна возвратить ассигнованные на его создание 7 200 значимых тогда рублей, да и получить прибыль в 12 000 руб. Но заводу, в принципе, ещё полностью хватало классической, аква энергии примыкающего пруда, тогда как «огненный двигатель» хозяева подразумевали использовать для сотворения нового предприятия в богатых минералами, но бедных водой алтайских горах. Этим планам так и не судьба было осуществиться: осенью 1779 года совсем обветшавшую машину Ползунова разобрали, «дабы избегнуть обрушения оной».
Тем временем, ровно через полста лет после публикации Дени Папеном «Нового искусства…», в 1757-м, на должность механика в институт шотландского городка Глазго был принят Джеймс Уатт, сосредоточивший свои изыскания на «Способах уменьшения употребления пара и, вследствие этого, горючего в огневых машинах». Начав в 1765 году опыты с уже отлично известными тогда «пароатмосферными двигателями», Уатт всего четыре года спустя получил английский государственный патент № 013 на обособленную от цилиндра емкость для конденсации отработанного пара — её нарекли конденсатором (condensor) за длительное время до возникновения одноименной радиодетали. А в 1782 году — патент № 1321 на 1-ый в мире универсальный паровой движок, который стали также именовать «паровой машиной».
Благодаря разработкам Уатта, пар, очень продвинув поршень вперед, стопроцентно удалялся из цилиндра через особенный клапан, не препятствуя оборотному движению поршня, а сам — охлаждался уже в «конденсаторе», отчасти ворачиваясь в котел как вода. Цилиндр, в который не приходилось более впрыскивать прохладную воду, оставался умеренно прогретым всегда работы, что существенно увеличивало его долговечность, исключало нескончаемые до этого «заклинивания» поршня вследствие неравномерной термический деформации. Пар от котла распределялся по цилиндрам автоматом: возвратно-поступательными движениями так именуемого золотника. Всепостоянство скорости обеспечивал центробежный регулятор: вертушка, украшенные грузиками «крылышки» которой, поднимаясь, по мере разгона начинали давить на шток особенного клапана, стравливавшего излишек пара.
Не считая фактически паровой машины Джеймс Уатт попутно решил еще целый ряд инженерных задач. А именно, он сделал очень смышленую версию кривошипно-шатунного механизма — в каком, строго говоря, нет ни кривошипа, ни шатуна, а их функцию исполняет зубчатая передача. Репродукция: из архива Библиотеки Конгресса США
Подлинно же «универсальным двигателем» паровую машину Уатта сделало введение в её конструкцию кривошипно-шатунного механизма. Если возвратно-поступательное движение поршней в ранее существовавших паровых движках удавалось передавать, разве что, например, на действовавшие аналогичным образом малопроизводительные поршневые насосы, либо — как у Ползунова — на воздуходувные меха, то «механическая триада» кривошип-шатун-ползун позволила преобразовывать возвратно-поступательное движение во вращательное. Это нововведение пришлось как нельзя кстати: выше уже упоминалось о сделанных в 1689 году Дени Папеном высокоэффективных центробежных насосах, по аналогии с которыми были сделаны потом, заместо прежних мехов, центробежные воздуходувки для металлургической индустрии. Ну, а современники Уатта в Великобритании изобрели к концу XVIII века быстродействующие ткацкие и прядильные станки: вся эта техника нуждалась в надежных и массивных движках, для которых требовалось конкретно резвое вращение. Скоро после чего новинку оценили также изобретатели-транспортники: к 1805 году был сотворен колесный пароход. Полностью достаточными для таких судов оказались самые тихоходные (менее 50 об/мин) паровые машины. А с 1830-х годов по всему миру начали распространяться и быстроходные сухопутные локомотивы на рельсовом ходу, прозванные у нас, в Рф, паровозами.
В былые времена волшебников и фей
Одни только чародеи резвее птиц летали
Но эти времена для всех сейчас настали,
И сделал это Пар — величавый колдун!
Так, экзальтированно писал в 1882 году неведомый поэт. А российский капитан первого ранга Александр Федорович Можайский (1825–1890) вправду попробовал оснастить паровым движком сделанную им «летающую лодку»: довольно-таки четкий прототип сегодняшних самолетов! Но, к его огорчению, «паровик» с необходимыми ему впечатляющими припасами горючего и воды оказался очень томным для воздушных путешествий, тогда как пароходы с паровозами, прослужив населению земли более полутора веков, ещё употребляются где-то и сейчас. Более того, некие спецы предлагают оснащать паровыми движками большие автобусы и авто большой грузоподъемности: дескать, и коробка со сцеплением при всем этом не потребуются, и задний ход по мере надобности будет дать куда как легче.
1-ый «универсальный двигатель» Уатта был испытан весной 1784 года, А уже в 1800 году по всему миру действовали 350 паровых машин суммарной мощностью 6 000 л. с. Ещё четверть века спустя их было уже более 2-ух тыщ с суммарной мощностью более 100 000 л. с.! Это подлинное триумфальное шествие продлилось практически весь XIX век: в 1900 году, когда уже начинали внедряться более экономные и легкие электронные, бензиновые, дизельные движки, суммарная мощность испытанных «паровиков» планетки превосходила 120 млн. л. с.
Сила пара оказалась настолько велика, что могла не только лишь приводить в движение могучие локомотивы, да и отдала толчок целой промышленной революции. Фото (Creative Commons license): Clinton & Charles Robertson
Паровые машины навечно стали настоящими движками прогресса, позволившими неоднократно прирастить добычу нужных ископаемых, выплавку металлов, создание различной промышленной и сельскохозяйственной продукции, объемы и скорости сухопутных и аква, грузовых и пассажирских перевозок. Ну, а так как пар добивался самого сурового к для себя дела, — огромное, ускоренное развитие получили также и все, связанные с ним, отрасли науки: теплотехника и термодинамика.
В анонсе статьи применено фото Addictive Picasso (Creative Commons license)
Николай Семенов, 25.04.2008
ужс я даже не могу представить как это больно 